JP2006266287A - 案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設計通りの荷重支持力を発揮させると共に、ダンピング効果が得られ、加工コストを抑えることのできる案内装置を提供する。
【解決手段】 支持体１１に形成された案内面１２と、案内面１２と対向するように移動体１３に形成された滑動面１４とを有し、滑動面１４に形成され、その内部に内側ランド部１８を備えた静圧ポケット１７に、開口部１９を介して圧油を供給することで案内面１２と滑動面１４とを無接触状態とすると共に、支持体１１により移動体１３を案内支持する案内装置１０に、開口部１９から放射状に延びる溝１５ｂを備えさせる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械などに用いられ、移動体の滑動面と支持体の案内面との間に圧油を供給して滑動面と案内面との摩擦抵抗を低減させて、支持体により移動体を案内支持する案内装置に関するものである。

従来より、工作機械のベッドなどの支持体に案内支持されるテーブル、コラム、サドルなどの移動体には支持体に形成された案内面と対向する位置に滑動面が形成されており、この滑動面には凹状の静圧ポケットが備えられている。この静圧ポケットには開口部を介して圧油が供給されるようになっており、この圧油により案内面と滑動面とが無接触状態、すなわち、支持体に対して移動体が浮上した状態となり、この状態で移動体を支持体に案内支持させる静圧案内装置が知られている。

この静圧案内装置は、静圧ポケットの外周にランド部が備えられており、静圧ポケットに供給された圧油がランド部と案内面との間で絞られて外部へ流出する時の絞り効果により移動体を浮上させるようになっており、案内面と滑動面とを無接触状態で案内支持することにより所要送り力が小さくなると共に、位置決め精度を高めることができるものである（例えば、特許文献１）。また、静圧ポケットの内部にランド部を備えたものも知られている（例えば、特許文献２）。

本出願人は、本出願時において、以上の従来技術が記載されている文献として、以下のものを知見している。
特開平６−７３５号公報 特開２００５−４２８１３号公報

ところで、特許文献２に示すような従来の静圧案内装置では、静圧ポケット内部にランド部を備えることで、そのランド部により油を絞ることで移動体の移動に対して減衰性を付与することができると共に、静圧ポケット全体を切削加工する場合と比較して加工コストを低減することができ、特に静圧ポケットの面積が大きい大型の工作機械では大幅に加工コストを低減することができる。

しかしながら、静圧ポケット内部にランド部を備えることで、開口部から供給された圧油が、そのランド部において圧力低下が発生し、特に開口部から遠い位置ほど圧力低下が大きくなり、静圧ポケットの面積に対して圧油により得られる実際の荷重支持力が低くなる。つまり、設計通りの荷重支持力を得ることができないという問題があった。

そのため、所望の荷重支持力を得るために、静圧ポケットの面積を広くすることが考えられるが、この場合、移動体の滑動面全体を大きくしなければならず装置全体が大型化する問題がある。また、供給する圧油の圧力をより高くすることが考えられるが、この場合、油圧系統の耐圧性を高くしなければならず油圧系統が大型化したりより高価なものを使用してコストが上昇したりする問題があった。更に、静圧ポケット内部のランド部を廃止することも考えられるが、この場合、ランド部の絞りによるダンピング効果が得られなくなると共に、加工コストが増加する問題がある。

そこで、本発明は、上記の実状を鑑みてなされたものであり、設計通りの荷重支持力を発揮させると共に、ダンピング効果が得られ、加工コストを抑え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、「支持体に形成された案内面と、該案内面と対向するように移動体に形成された滑動面とを有し、該滑動面に形成され、内部にランド部を備えた静圧ポケットに、開口部を介して圧油を供給することで前記案内面と前記滑動面との摩擦抵抗を低減させると共に、前記支持体により前記移動体を静圧若しくは半浮上で案内支持する案内装置において、前記開口部から放射状に延びる溝を備えた」構成とするものである。

ここで、「開口部」の位置としては、静圧ポケットの内部であれば、どの位置でも良く、静圧ポケットの略中心位置や、静圧ポケットの中心に対して偏芯した位置、等とすることができると共に、その数も、一つの静圧ポケットに対して、一つ或いは複数備えることができる。

また、「放射状に延びる溝」としては、「略一定の幅の溝」、「幅が変化する溝」、等とすることができると共に、「直線状に延びる溝」、「蛇行しながら延びる溝」、「曲線状に延びる溝」、等とすることもできる。なお、放射状とは、開口部を中心に、外方へ向かって延びるものであれば良く、例えば、隣接する溝同士の角度が９０゜未満の角度で放射状に延びる溝が挙げられる。また溝の数も６〜１２本が望ましく、より好適には８本が好ましい。

本発明の案内装置によると、静圧ポケット内部のランド部に開口部から放射状に延びる溝を備えたもので、これにより、ランド部の開口部から遠い位置にも溝を介して圧力を低下させること無く圧油を供給することが可能となり、ランド部全面、すなわち、静圧ポケット内部の圧力を略均一なものとすることができ、設計通りの所望の荷重支持力を得ることができる。

そのため、従来よりも、荷重支持力が大きくなるので、案内装置全体を小型化することができる。また、圧油の供給圧力を高くする必要がないので、油圧系統の機器も小型化することができる。更に、静圧ポケット内部にランド部を備えているので、移動体を移動させる際にダンピング効果を発揮させることができ、移動の位置決め精度を高めることができると共に、静圧ポケット内を全て切削加工する必要が無く加工コストを低減させることができる。

なお、本発明の案内装置としては、支持体の案内面と移動体の滑動面とが、圧油の供給により互いに無接触状態となる、所謂、浮上式のものであっても良いし、案内面と滑動面とが僅かに接触する、半浮上式のものであっても良く、何れのものにも適用することができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記溝は、略同一の幅とされている」構成とすることもできる。ところで、放射状に延びる溝を形成する場合、その幅が変化するような溝の場合、溝を形成する切削工具の径を、溝の幅の最も狭い幅よりも小さいものを用いた上で、切削工具を種々の方向に移動させて溝を掘ることとなるが、切削工具の移動距離、つまり、加工時間が長くなりコストが増大する問題がある。

本発明の案内装置によると、放射状に延びる溝の幅を、略一定の同一の幅としたものである。これにより、溝の幅に合わせた切削工具を用いることで、同一幅の溝を容易に形成することができると共に、切削工具の移動距離を相対的に短くして加工コストが増加するのを抑制することができる。

なお、溝を加工する際に、切削工具の移動軌跡が可及的に一筆書きとなるようにすることが望ましく、これにより、同じところを切削工具が何度も通るのを防止して、加工にかかる時間を短縮しよりコストを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、「前記静圧ポケット内のランド部の面積が、前記静圧ポケットの面積に対して５０％以上１００％未満とされている」構成とすることもできる。

ところで、静圧ポケット内部のランド部の面積を相対的に少なくすることで、ランド部における圧力低下を抑制することができる反面、ランド部の面積を少なくする、つまり、放射状に延びる溝を増やすことで溝の加工コストが増加すると共に、ランド部の減少によりダンピング効果が減少し、案内装置による移動体の移動精度が低下する等の問題がある。そこで、圧力低下、ダンピング効果、及び加工コスト等の関係から、静圧ポケットの面積に対する静圧ポケット内部のランド部の面積を、５０％以上１００％未満とすることが望ましく、好ましくは７５％以上、より好適には９０％以上とするのが好ましく、これよりも少ないと上述の問題が発生するためである。また、１００％未満としたのは、溝を形成する以上、ランド部が１００％となることはないが、可及的に１００％に近づけることを排除するものではないためである。

本発明の案内装置によると、静圧ポケットの面積に対して、その内部のランド部の面積を所定範囲内としたもので、これにより、上述の作用効果を好適に奏することができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記静圧ポケットの面積は、前記滑動面の面積に対して５０％以上１００％未満とされている」構成とすることもできる。ここで、移動体における滑動面の面積に対する静圧ポケットの面積は、上述の静圧ポケットの面積に対するその内部におけるランド部の面積の関係と略同様の関係があり、静圧ポケットの面積を滑動面の面積に対して、５０％以上１００％未満とすることが望ましく、好ましくは７５％以上、より好適には９０％以上とするのが好ましく、これよりも少ないと上述と同様の問題が発生するためである。また、１００％未満としたのは、溝を形成する以上、ランド部が１００％となることはないが、可及的に１００％に近づけることを排除するものではないためである。

本発明の案内装置によると、滑動面の面積に対して、静圧ポケットの面積を所定範囲内としたもので、これにより、上述の作用効果を好適に奏することができる。

本発明に係る案内装置は、上記の構成に加えて、「前記静圧ポケットの外部に形成されるランド部は、全周に亘って略同一幅とされ、該ランド部における隅部の内Ｒ及び外Ｒの中心が略同一中心とされている」構成とすることもできる。

ところで、静圧ポケットの外部に形成されているランド部、つまり、移動体の滑動面の外周に略沿うように形成されているランド部の隅部では、その外側の角がピン角の場合、その部分においてランド部の幅が広くなるため、外側の端に向かうに従って圧力低下が著しくなり充分な荷重支持力を得られず、移動体が傾動した際にその部分が接触する恐れがあった。そこで、本発明の案内装置によれば、ランド部の幅を隅部においても、略同一幅としているので、圧力分布を略均一にすることができ、隅部における圧力低下を防止して移動体が傾動しても案内面と接触するのを防止することができる。

上述の通り、本発明によると、設計通りの荷重支持力を発揮させると共に、ダンピング効果が得られ、加工コストを抑えることのできる案内装置を提供することができる。

次に、本発明に係る案内装置の実施形態の一例を、図１に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の案内装置を送り方向に切断して要部を示す断面図であり、（Ｂ）は案内装置の滑動面を示す平面図であり、（Ｃ）は滑動面における静圧ポケットを拡大して示す拡大平面図である。なお、本発明を理解し易いように、図中の寸法関係が実際よりも誇張して示してある。

本実施形態の案内装置１０は、工作機械に用いられ、支持体により移動体を案内支持するものであり、例えば、工作機械のベッドを支持体とした場合、ベッド上を移動可能とされたテーブル、コラム、サドルなどが移動体となり、テーブルなどを支持体とした場合は、テーブル上を移動可能とされたコラムなどが移動体となり、支持体及び移動体としては特に限定するものではない。なお、工作機械として、研削盤、フライス盤、旋盤、ＣＮＣマシニングセンタなどに適用することができる。また、本例では、浮上式の静圧案内装置に適用した例として示す。

図示するように、案内装置１０は、工作機械のベッドなどの支持体１１に形成された案内面１２と、案内面１２と対向するようにテーブルなどの移動体１３に形成された滑動面１４とを有している。この滑動面１４には、複数の溝１５を刻設することでその外周に略沿うように外側ランド部１６が形成されていると共に、この外側ランド部１６の内側が静圧ポケット１７とされている。そして、静圧ポケット１７の内部にも内側ランド部１８が形成されている。なお、本例では、静圧ポケット１７を四つ形成したものを示している。

この静圧ポケット１７の内部には、図示しない油圧供給装置からの圧油を供給するための開口部１９が設けられており、この開口部１９を介して圧油が静圧ポケット１７内に供給されるようになっている。

溝１５は、その幅が略同一の幅とされており、静圧ポケット１７の外周を形成する溝１５ａの他に、開口部１９から放射状に延びる溝１５ｂが複数（本例では八本）形成されており、溝１５ｂは、その隣接する溝同士の角度が９０゜未満とされている。そして、この溝１５ｂにより内側ランド部１８が複数（本例では八つ）に分割された形態となっている。なお、溝１５ｂにより分割された内側ランド部１８の隅部が、鋭角となっている部分については、図示するように、所定の面取りが施されている。

外側ランド部１６は、その幅が略一定の同一幅となるように形成されており、図示するように、隅部においも略同一中心とされた内Ｒ、及び外Ｒによりその幅が略同一となるように形成されている。

なお、本実施形態では、静圧ポケット１７内部の内側ランド部１８の面積（平面視における面積）が、一つの静圧ポケット１７の面積に対して、５０％以上１００％未満とされている。また、滑動面１４の面積に対して静圧ポケット１７の面積が、５０％以上１００％未満とされている。

次に、本実施形態の案内装置１０の作用について説明する。この案内装置１０は、図示しない油圧供給装置から圧油が、移動体１３の滑動面１４に形成された複数の静圧ポケット１７内部の開口部１９を介して、各静圧ポケット１７に供給される。そして、静圧ポケット１７に供給された圧油が、開口部１９から放射状に延びる溝１５ｂを伝って、静圧ポケット１７の内部全体に拡散する。そして、静圧ポケット１７内部を満たした圧油は、その圧力により移動体１３を上方へ押し上げる力を作用させ、移動体１３が支持体１１から浮上し、支持体１１の案内面１２と移動体１３の滑動面１４とが無接触状態となる。

一方、移動体１３が浮上することで、静圧ポケット１７内部の圧油が、外側ランド部１６及び内側ランド部１８と、案内面１２との間に浸入し、その間に所定量の油膜が形成されると共に、外側ランド部１６及び内側ランド部１８においても圧油からの圧力が作用する。そして、静圧ポケット１７内部の圧油は、外側ランド部１６を介して、滑動面１４の外部へと流出する。

この外側ランド部１６及び内側ランド部１８での圧油の作用について詳述すると、案内面１２と内側ランド部１８との間では、内側ランド部１８の開口部１９から遠い位置においても放射状に延びる溝１５ｂによって圧油の圧力が低下することなく、その圧力を作用させることができ、内側ランド部１８の全面において略均一な力がかかることとなる。

また、外側ランド部１６では、滑動面１４の外側に向かうに従って圧油の圧力が低下し最終的には略大気圧と同じ圧力となるが、外側ランド部１６の幅が略同一の幅とされているので、外側ランド部１６における滑動面１４の外側に向かう方向の圧力分布がどの位置においても略同じ分布となる。このように、外側ランド部１６及び内側ランド部１８において、圧油による力が略均一に作用し、移動体１３を安定して支持することができるようになっている。

ところで、外側ランド部１６の隅部においては、移動体１３の移動や偏荷重などにより、移動体１３が傾動した場合、その隅部が接触し易くなるので圧油の圧力が充分に作用するようにすることが求められるが、その外Ｒがピン角の場合、その部分において幅が広くなるため外側の端に向かうに従って圧力低下が著しくなり移動体１３が傾動した際に、圧力不足によりその部分が支持体１１の案内面１２と接触する恐れがあるが、外側ランド部１６の隅部において、その幅が略同一となるようにして圧力分布を均一になるようにしているので隅部における圧力低下を防止して移動体１３が傾動した際に、案内面１２と接触するのを防止するようになっている。なお、この外側ランド部１６の形態については、本発明以外の静圧案内装置のランド部にも適用することができ、圧力低下の問題を解決することができる。

このように、本実施形態の案内装置１０によると、内側ランド部１８の開口部１９から遠い位置にも溝１５ｂを介して圧力を低下させること無く圧油を供給することが可能となり内側ランド部１８全面、すなわち、静圧ポケット１７内部の圧力を略均一なものとすることができ、設計通りの所望の荷重支持力を得ることができる。

また、放射状に延びる溝１５ｂの幅を、略一定の同一の幅としているので溝１５ｂの幅に合わせた切削工具を用いることで、同一幅の溝１５ｂを容易に形成することができると共に、切削工具の移動距離を相対的に短くして加工コストが増加するのを抑制することができる。

更に、静圧ポケット１７の面積に対する内側ランド部１８の面積、滑動面１４の面積に対する静圧ポケット１７の面積を、夫々５０％以上１００％未満としているので、これにより、上記の作用を好適に奏することができる。なお、これら面積は、好ましくは７５％以上、より好適には９０％以上とするのが好ましい。

また、本実施形態によると、従来よりも、荷重支持力が大きくなるので、案内装置１０全体、つまり工作機械全体を小型化することができる。また、圧油の供給圧力を高くする必要がないので、油圧系統の機器も小型化することができる。更に、静圧ポケット１７内部に内側ランド部１８を備えているので、移動体１３を移動させる際にダンピング効果を発揮させることができ、移動の位置決め精度を高めることができると共に、静圧ポケット１７内を全て切削加工する必要が無く、加工コストを低減させることができる。

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１０では、放射状に延びる溝１５ｂとして、開口部１９を中心に八方向に延びるものを示したが、これに限定するものではなく、開口部１９を中心に、６〜１２方向に延びるもの（溝１５ｂの数が６〜１２）としても良く、上記と同様の作用効果を奏することができる。或いは、溝１５ｂとして、例えば、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような形態のもとしても良い。同図（Ａ）及び（Ｂ）に示すものは、溝１５ｂを加工する際に、切削工具の移動軌跡が一筆書きとなるようにしたものであり、これにより、同じところを切削工具が何度も通るのを防止して、加工にかかる時間を短縮し、よりコストを低減させることができる。なお、一筆書きとしては、上記の形態に限定するものではなく、他の形態とすることもできる。また、同図（Ｃ）に示すものは、溝１５ｂが、蛇行しながら開口部１９を中心に放射状に延びる形態のものであり、この形態であっても良く、その他として図示は省略するが、曲線状に延びる溝としても良い。

また、本実施形態の案内装置１０では、圧油を供給するための開口部１９の位置が、静圧ポケット１７の略中央に配置したものを示したが、これに限定するものではなく、静圧ポケット１７の中央から偏芯した位置に配置しても良い。この場合、内側ランド部１８の面積の広くなる側に、放射状に延びる溝１５ｂをより多く備えるようにすることが望ましい。また、一つの静圧ポケット１７に一つの開口部１９を備えたものを示したが、これに限定するものではなく、一つの静圧ポケット１７に複数の開口部１９を備えるようにしても良い。これらによっても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

更に、本実施形態の案内装置１０では、圧油により案内面１２と滑動面１４とが無接触状態となる浮上式のものを示したが、これに限定するものではなく、案内面と滑動面とが僅かに接触する半浮上式のものにも適用することができ、上記と同様の作用効果を奏することができる。

（Ａ）は本発明の案内装置を送り方向に切断して要部を示す断面図であり、（Ｂ）は案内装置の滑動面を示す平面図であり、（Ｃ）は滑動面における静圧ポケットを拡大して示す拡大平面図である。 静圧ポケット内における図１とは異なる溝の形態を示す平面図である。

符号の説明

１０ 案内装置
１１ 支持体
１２ 案内面
１３ 移動体
１４ 滑動面
１５ 溝
１５ａ 溝
１５ｂ 溝
１６ 外側ランド部
１７ 静圧ポケット
１８ 内側ランド部
１９ 開口部

Claims (5)

1. 支持体に形成された案内面と、該案内面と対向するように移動体に形成された滑動面とを有し、該滑動面に形成され、内部にランド部を備えた静圧ポケットに、開口部を介して圧油を供給することで前記案内面と前記滑動面との摩擦抵抗を低減させると共に、前記支持体により前記移動体を静圧若しくは半浮上で案内支持する案内装置において、
   前記開口部から放射状に延びる溝を備えたことを特徴とする案内装置。
2. 前記溝は、略同一の幅とされていることを特徴とする請求項１に記載の案内装置。
3. 前記静圧ポケット内のランド部の面積が、前記静圧ポケットの面積に対して５０％以上１００％未満とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の案内装置。
4. 前記静圧ポケットの面積は、前記滑動面の面積に対して５０％以上１００％未満とさ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。
5. 前記静圧ポケットの外部に形成されるランド部は、全周に亘って略同一幅とされ、該ランド部における隅部の内Ｒ及び外Ｒの中心が略同一中心とされていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか一つに記載の案内装置。

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