JP2005313272A

JP2005313272A - 案内装置

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Publication number: JP2005313272A
Application number: JP2004133252A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Saito; 利幸齊藤; Juichi Sakai; 寿一酒井; Tomio Aso; 富雄麻生; Yoji Hamashima; 洋二浜島
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: US7785009B2; DE602005008034D1; EP1740838A1; CN1934362B; CN1934362A; WO2005106267A1; US20070201775A1; EP1740838B1; JP4492200B2

Abstract

【課題】工作機械に用いられる案内装置において、その案内面と摺動面との接触面に供給する潤滑油の供給間隔を長くしたり供給量を減らしても、油切れが発生するのを効果的に抑制して、ロストモーション量を低減させて異常摩耗などを防止することのできる案内装置を提供する。
【解決手段】工作機械の案内装置に、コラム１２に備えられた案内面２１と、案内面２１に案内されて移動する主軸頭１８に備えられ、案内面２１を摺動する摺動面２２と、摺動面２２と案内面２１との接触面に潤滑油を供給するための第一供給孔２３を備えた油溝２４と、油溝２４と独立して形成され、摺動面２２と案内面２１との接触面に供給された潤滑油を保持するオイルポケット２５とを具備させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械などに用いられる移動体の案内装置に関し、特に、潤滑油を供給する間隔を長くしても油切れの発生を効果的に抑制してロストモーションを良好な状態に維持することのできる案内装置に関するものである。

従来より、工作機械などで用いられる案内装置として、ベッドなどの支持体に備えられた案内面と、案内面に案内されるテーブル，サドル，コラムや主軸頭などの移動体に備えられ案内面を摺動する摺動面とを備えたものが知られている。

この案内装置には、その摺動面に、案内面と摺動面との接触面に潤滑油を供給するための供給孔を有した油溝が備えられており、この油溝に潤滑油を供給することで接触面全体に潤滑油が供給され、案内面と摺動面との摺動抵抗を低減させることができる。

上記の背景技術は、一般的な事項であり、本願出願人は、出願時において、この背景技術を特定する記載がなされた文献を特に知見していない。

ところで、従来の案内装置では、摺動面の油溝から供給された潤滑油が、摺動面が案内面を摺動するのに伴って、摺動面や案内面の外部に流出して減少する。そして、摺動面と案内面との接触面に油切れが発生し、案内装置のロストモーション量が多くなって、案内装置の送り精度不良や、異常摩耗などが発生する問題があった。そのため、潤滑油を供給するための給油設備を別途備えて、所定時間、或いは、所定摺動回数毎に所定量の潤滑油を供給するようにして、油切れが発生するのを防止していた。

しかしながら、従来は、案内装置における油切れの発生を防止するために、潤滑油を供給する間隔を短くしたり、一回の供給量を多くしたりして前記問題に対応していた。このため、消費される潤滑油の量が増加して、潤滑油を貯蔵するタンクなどを大きくしなければならず、給油設備の大型化と、それに伴う設置スペースの増加と言う問題があった。また、その他に、潤滑油の消費量が多くなるためランニングコストが増加するという問題もあった。

そこで、潤滑油を供給する間隔を長くすることにより、潤滑油の消費量を低減させることで、ランニングコストの低下や、給油設備の小型化をすることが考えられるが、潤滑油の供給間隔を長くしたり、一回の供給量を減らしたりすると、油切れが発生し易くなるという問題があった。

それに対して、図６に示すように、潤滑油の成分などを調整して、潤滑油の供給間隔を長くしても油切れの発生し難い潤滑油が種々提案されている。精密加工を行うための工作機械では、その案内装置のロストモーション量を１０μｍ以下とすることが望ましいが、その条件を満たす潤滑油を用いても供給間隔は約２．５分とかなり短く、潤滑油の消費量が多くなり、ランニングコストの増加を解決することはできなかった。

ここで、ロストモーションとは、案内面に対して静止している摺動面が摺動することで静止摩擦から動摩擦に変わる際に、摺動面を駆動させるための送り装置が静止摩擦抵抗により僅かに弾性変形することにより発生するもので、摩擦抵抗が大きくなるほどロストモーション量も多くなる傾向がある。また、送り装置の遊びなどバックラッシによってもロストモーションが発生する。

一方、案内面や摺動面に対して、熟練工が手作業によるキサゲ作業を行った場合、案内面や摺動面に、機械加工では加工することのできないような、微妙な凹凸を形成することで、案内面や摺動面に潤滑油が長いこと保持されるようにすることができるが、この場合、熟練作業を必要とする上に作業に係る工数が多くなり、コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、工作機械に用いられる案内装置において、その案内面と摺動面との接触面に供給する潤滑油の供給間隔を長くしたり供給量を減らしても、油切れが発生するのを効果的に抑制して、ロストモーション量を低減させて異常摩耗などを防止することのできる案内装置の提供を課題とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る案内装置は、「支持体に備えられた案内面と、該案内面に案内されて移動する移動体に備えられ、前記案内面を摺動する摺動面と、該摺動面と前記案内面との接触面に潤滑油を供給するための第一供給孔を備えた油溝と、該油溝と独立して形成され、前記摺動面と前記案内面との接触面に供給された潤滑油を保持するオイルポケットとを具備する」構成とするものである。

ここで、油溝とオイルポケットは、案内面或いは摺動面の何れの面に備えても良く、また、同じ面に夫々備えても良いし、異なる面に夫々備えても良い。また、案内面と摺動面の面は、略水平な面、略垂直な面、或いは傾斜した面などとすることができる。さらに、案内面と摺動面は、案内面の上側に摺動面があっても良いし、案内面の下側に摺動面があっても良い。

また、オイルポケットは、その平面形状については特に限定するものではないが、接触面からオイルポケットの底面までを結ぶ端部形状については、直線状或いは円弧状の形状とすることが望ましく、接触面の潤滑油をオイルポケット内に誘導し易い形状であれば良い。なお、図３に示すように、オイルポケットの端部形状において接触面から離れる部位の傾きが、接触面間の距離をｈ１、単位距離進んだ所の他方の接触面からオイルポケットの底面までの距離をｈ２とした時に、ｈ２／ｈ１が、１．５〜２の範囲内とすることが望ましく、１．５よりも小さいとオイルポケット内の潤滑油が流出し易くなり潤滑油を長く保持できなくなるためであり、２よりも大きいとオイルポケット内に潤滑油が保持され難くなるためである。

本発明によると、油溝の第一供給孔から供給された潤滑油は、油溝を介して案内面と摺動面との接触面に供給され、案内面を摺動面が摺動することで、接触面全体に潤滑油が供給される。この供給された潤滑油の一部は、案内面や摺動面の外部に流出すると共に、その残りの一部は、油溝とは独立して形成されたオイルポケットに保持される。そして、案内面を摺動面が摺動するのに伴って、潤滑油は外部に流出するが、代わりにオイルポケットに保持された潤滑油が接触面に供給され潤滑が維持される。

つまり、潤滑油が、案内面や摺動面から流出して接触面から減少しても、オイルポケットに保持された潤滑油が供給されるので、早期に油切れが発生するのを抑制することができる。これにより、従来よりも、油溝に供給する潤滑油の供給間隔を長くしたり、一回の供給量を少なくしても、油切れの発生が抑制されるので、ロストモーション量を所望の良好な量に維持することが可能となり、送り精度不良や異常摩耗の発生を抑制することができる。

また、油溝に供給する潤滑油の供給間隔を長くしたり、一回の供給量を少なくすることが可能となるので、潤滑に係るランニングコストを低減させることもできる。

さらに、熟練工などによるキサゲ作業を行わなくても、機械加工により油溝やオイルポケットを加工するだけで、潤滑油を長いこと保持することが可能となるので、熟練作業を必要とすることが無く、加工工数やコストを大幅に低減させることができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記オイルポケット内の空気を排出する空気排出手段をさらに具備する」構成とすることもできる。ここで、「空気排出手段」としては、孔を穿設することで空気を排出するものや、溝を刻設することで空気を排出するものなどを例示することができる。

本発明によると、空気排出手段によりオイルポケット内の空気を排出することで、オイルポケット内に潤滑油を充満し易くすることが可能となり、保持される潤滑油の量を多くすることで、潤滑油を供給する間隔をさらに長くすることができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記オイルポケットは、潤滑油を供給するための第二供給孔を備える」構成とすることもできる。

本発明によると、オイルポケットに第二供給孔を介して潤滑油が供給されるので、オイルポケットに油溝からの潤滑油が保持されなくても、オイルポケット内に確実に潤滑油を保持させることができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記オイルポケットは、前記摺動面と前記案内面との接触面の端部付近に備えられている」構成とすることもできる。

ところで、摺動面と案内面との接触面の端部付近では、潤滑油が摺動面や案内面から流出し易くなっているので、この付近は油切れが発生し易くなっている。そこで、本発明によると、接触面の端部付近にオイルポケットを備えることで、油切れの発生し易い端部付近にオイルポケットから潤滑油を供給して、油切れが発生するのを抑制することができる。

なお、オイルポケットを備える端部付近としては、摺動面と案内面が略水平な面の場合は、摺動面の摺動方向の両端部付近に備えることが望ましく、摺動面と案内面が略垂直な面或いは傾斜した面の場合は、摺動面の摺動方向の両端部付近と、上側に位置する端部付近に備えることが望ましい。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記油溝、前記オイルポケットおよび前記空気排出手段は、前記摺動面に備えられている」構成とするものである。

本発明によると、案内面を摺動する摺動面に、油溝、オイルポケットおよび空気排出手段を備えたもので、摺動面と共に移動することにより、より効率的に案内面全体に潤滑油を供給することが可能となる。また、それらを摺動面に集約することで、それらを備えるための工数やコストを低減させることができる。なお、摺動面は、案内面上を案内されるものが望ましい。

上述の通り、本発明によれば、工作機械に用いられる案内装置において、その案内面と摺動面との接触面に供給する潤滑油の供給間隔を長くしたり供給量を減らしても、油切れが発生するのを効果的に抑制して、ロストモーション量を低減させて異常摩耗などを防止することのできる案内装置を提供することができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態である案内装置について図１乃至図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の案内装置を適用した工作機械の概略側面図であり、図２（Ａ）は本発明の案内装置における摺動面を備えた移動体の概略底面図であり、（Ｂ）は摺動面の一部を拡大して示す拡大図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、（Ｄ）はオイルポケットの拡大断面図である。また、図３は、本発明のオイルポケットにおける端部形状の特徴を示す説明図である。

図１に示す工作機械１０は、コンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、の他に、Ｂ軸の４軸を数値制御することのできるマシニングセンタであって、全体を支持するベッド１１と、ベッド１１上に備えられコラム１２をＸ軸方向に案内する案内装置１３と、同じくベッド１１上に備えられ上部にＢ軸周りに回転することのできる回転盤１４を有した回転テーブル１５をＺ軸方向に案内する案内装置１６とを備えている。

コラム１２には、工具１７が取付けられる主軸頭１８をＹ軸方向に案内する案内装置が備えられている（図示しない）。なお、本例のコラム１２，回転テーブル１５，主軸頭１８は、夫々本発明の移動体に相当しており、また、本例のベッド１１，コラム１２は、夫々本発明の支持体に相当している。

この工作機械１０には、コラム１２をＸ軸方向に移動させるための図示しない駆動手段と、回転テーブル１５をＺ軸方向に移動させるための駆動手段１９と、主軸頭１８をＹ軸方向に移動させるための駆動手段２０とをさらに備えている。なお、図中符号Ｗは、回転テーブル１５に載置された被加工物としてのワークである。

案内装置１３，１６は、略同様の構成とされており、以下に案内装置１３について説明し案内装置１６の説明は省略する。案内装置１３は、図１及び図２（Ａ）に示すように、ベッド１１に備えられＸ軸方向に延びる一対の案内面２１と、コラム１２の底部に備えられ案内面２１を摺動する一対の摺動面２２とを備えている。

案内装置１３の摺動面２２には、摺動面２２と案内面２１との接触面に潤滑油を供給するための第一供給孔２３を備えた油溝２４と、油溝２４とは独立して形成され接触面に供給された潤滑油を保持するオイルポケット２５とが備えられている。

図２（Ｂ）および（Ｃ）に拡大して示すように、油溝２４は、摺動面２２に、所定の幅および深さの溝をクランク形状に刻設したものであり、摺動方向に独立した油溝２４が四つ列設されている。各油溝２４には、夫々一つずつ第一供給孔２３が備えられている。なお、摺動方向両端に配置された油溝２４の第一供給孔２３は、摺動方向に対して直角方向に延びる溝のうち摺動面２２の端部から二つ目の溝に備えられている。

この油溝２４は、本例では、その幅が約１ｍｍ、深さが約１．２ｍｍとされている。なお、深さは１〜１．５ｍｍの範囲が望ましく、その幅と共に適宜設定することができる。

オイルポケット２５は、各油溝２４に挟まれる位置に配置されており、本例では、一つの摺動面２２に対して三つのオイルポケット２５が備えられている。このオイルポケット２５には、オイルポケット２５内の空気を排出するための排出孔２６と、オイルポケット２５内に潤滑油を供給するための第二供給孔２７とが備えられている。なお、本例の排出孔２６は、本発明の空気排出手段に相当している。

オイルポケット２５の内、摺動面２２の摺動方向の端部付近に配置されたオイルポケット２５は、その第二供給孔２７が、摺動方向に対して摺動面２２の中心寄りとなる位置に夫々穿設されている。

オイルポケット２５は、図２（Ｄ）にさらに拡大して示すように、その周縁部において、摺動面２２の接触面からオイルポケット２５の底面までを結ぶ端部形状が、直線状の傾斜形状とされている。この端部形状は、図３に示す寸法ｈ１とｈ２が、ｈ２／ｈ１＝１．５〜２の範囲内となる形状とされ、接触面の潤滑油がオイルポケット２５内に保持されやすい形状となっている。

このオイルポケット２５の形状および大きさは、摺動面２２の大きさにより適宜設定することができる。因みに、本例のオイルポケット２５は、その長さが５０〜６０ｍｍ、幅が１２０〜１３０ｍｍ、また、深さが１〜１．２ｍｍとされている。

なお、図中符号２８は、摺動面２２に設けられた摩擦低減層であり、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの低摩擦抵抗樹脂により形成されている。因みに、本例では、摩擦低減層２８として、ターカイト（登録商標）又は、ベアリー（登録商標）が用いられている。

また、図示は省略するが、案内装置１３には、潤滑油を貯蔵するタンクと、タンクと各第一供給孔２３および第二供給孔２７を接続する供給配管と、供給配管の途中に備えられ開閉弁およびポンプの少なくとも一つを有した供給手段と、供給手段を制御する制御手段とを備えた給油設備としての給油装置をさらに具備している。この給油装置の制御手段により、供給手段を制御することで、第一供給孔２３および第二供給孔２７から、夫々所定量の潤滑油が所定間隔で供給されるようになっている。なお、本例では約１６分間隔で潤滑油を供給する。

次に、本実施形態の案内装置１３（１６）の作用について説明する。本例の案内装置１３は、ベッド１１上に配置されたコラム１２をＸ軸方向に案内するものであり、図示しない駆動手段からの駆動力により、ベッド１１の案内面２１と接触するコラム１２の摺動面２２が、案内面２１上を摺動する。

この時、案内面２１と摺動面２２との接触面には、図示しない給油装置からの潤滑油が、油溝２４の第一供給孔２３とオイルポケット２５の第二供給孔２７を介して接触面に供給され、その潤滑油により接触面での摩擦抵抗が低減される。

接触面に供給された潤滑油は、案内面２１を摺動面２２が摺動することで、接触面全体に潤滑油が供給される。そして、供給された潤滑油の一部は、案内面２１や摺動面２２の外部に流出すると共に、その残りの一部は、油溝２４とは独立して形成されたオイルポケット２５に保持される。

潤滑油がオイルポケット２５に保持される際に、その端部形状が、所定の傾きを持った傾斜形状とされているので、接触面の潤滑油がオイルポケット２５内に容易に導かれて保持される。また、摺動面２２の摺動に伴って空気が巻き込まれてオイルポケット２５内に空気が入っても、排出孔２６から速やかに空気が排出されるので、潤滑油が確実にオイルポケット２５に保持される。

そして、摺動面２２の摺動や時間の経過などに伴って、接触面の潤滑油が外部に流出するが、代わりにオイルポケット２５に保持された潤滑油が、オイルポケット２５から接触面に供給され、その潤滑油がなくなるまで、潤滑が維持される。また、摺動面２２の端部付近にもオイルポケット２５が備えられているので、油切れの発生し易い端部付近にそのオイルポケット２５から潤滑油を供給して、油切れが発生するのを抑制している。

その後、オイルポケット２５に保持された潤滑油がなくなる前に、詳しくは、先の供給から約１６分後に、給油装置から新たな潤滑油が所定量供給され、潤滑が維持される。このため、図６に示すように、従来、供給間隔が約１６分の場合、ロストモーション量が約２４〜２８μｍであったのに対して、本例の案内装置１３では、ロストモーション量を約８μｍと、大幅に低減させることができ、充分な送り精度を得られるようになる。

このように、本実施形態の案内装置１３，１６によると、オイルポケット２５に保持された潤滑油が供給されるので、油溝２４に供給する潤滑油の供給間隔を長くしても油切れの発生が抑制されるので、ロストモーション量を所望の良好な量に維持することが可能となり、送り精度不良や異常摩耗の発生を抑制することができる。

また、油溝２４に供給する潤滑油の供給間隔を長くできるので、潤滑に係るランニングコストを低減させることもできる。

以上、本発明を実施するための最良の実施の形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

すなわち、本実施形態の案内装置１３，１６では、オイルポケット２５の端部形状を直線状に傾斜した傾斜形状としたものを示したが、これに限定するものではなく、例えば、図４に示すような、断面において円弧形状としても良い。この場合でも、上記と同様の効果を奏することができる他に、オイルポケットを形成する際に、円筒カッターなどを用いて容易に加工することができるので、オイルポケットの形成にかかるコストを低減させることができる。

また、本実施形態の案内装置１３，１６では、その案内面２１と摺動面２２が略水平な面とされ、案内面２１上に摺動面２２を配置したものを示したが、これに限定するものではなく、案内面２１と摺動面２２とが上下逆転したものであっても良いし、略垂直な面、或いは傾斜した面などとしても良い。なお、その場合、オイルポケットは、摺動面の摺動方向の両端部付近の他に、図５に示すような、摺動面の上側に位置する端部付近にも備えることが望ましい。これにより、潤滑油は、重力により上から下へと流出するので、その潤滑油をなるべく上側に保持させることで、長く潤滑を維持させることができる。

さらに、本実施形態の案内装置１３，１６では、摺動面２２に、油溝２４、オイルポケット２５および空気排出手段としての排出孔２６を備えたものを示したが、これに限定するものではなく、それらの内の少なくとも一つを案内面側に備えても良い。

また、本実施形態の案内装置１３，１６では、潤滑油の供給間隔を長くしたものを示したが、これに限定するものではなく、潤滑油の供給量を少なくするようにしても良く、これによっても、上記と同様の効果を奏することができる。

さらに、本実施形態では、案内装置１３，１６を工作機械１０としてのマシニングセンタに適用したものを示したが、これに限定するものではなく、工作機械として、研削盤，旋盤，フライス盤などの案内装置とすることもできる。

本発明の案内装置を適用した工作機械の概略側面図である。（Ａ）は本発明の案内装置における摺動面を備えた移動体の概略底面図であり、（Ｂ）は摺動面の一部を拡大して示す拡大図であり、（Ｃ）は（Ｂ）におけるＣ−Ｃ断面図であり、（Ｄ）はオイルポケットの拡大断面図である。本発明のオイルポケットにおける端部形状の特徴を示す説明図である。本発明におけるオイルポケットの端部形状の他の形態を示す拡大断面図である。案内面および摺動面を傾斜または垂直な面とした時の望ましいオイルポケットの配置を示す説明図である。潤滑油の種類の違いによる潤滑油の供給間隔とロストモーション量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ベッド（支持体）
１２コラム（支持体、移動体）
１３案内装置
１５回転テーブル（移動体）
１６案内装置
１８主軸頭（移動体）
２１案内面
２２摺動面
２３第一供給孔
２４油溝
２５オイルポケット
２６排出孔（空気排出手段）
２７第二供給孔

Claims

支持体に備えられた案内面と、
該案内面に案内されて移動する移動体に備えられ、前記案内面を摺動する摺動面と、
該摺動面と前記案内面との接触面に潤滑油を供給するための第一供給孔を備えた油溝と、
該油溝と独立して形成され、前記摺動面と前記案内面との接触面に供給された潤滑油を保持するオイルポケットと
を具備することを特徴とする案内装置。
前記オイルポケット内の空気を排出する空気排出手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の案内装置。
前記オイルポケットは、
潤滑油を供給するための第二供給孔を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の案内装置。
前記オイルポケットは、
前記摺動面と前記案内面との接触面の端部付近に備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか一つに記載の案内装置。
前記油溝、前記オイルポケットおよび前記空気排出手段は、
前記摺動面に備えられていることを特徴とする請求項２から請求項４までの何れか一つに記載の案内装置。