JP2015116633A

JP2015116633A - 工作機械

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Publication number: JP2015116633A
Application number: JP2013261056A
Authority: JP
Inventors: 聡史本保; Satoshi Honpo
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: JP6242205B2

Abstract

【課題】主軸を平面内で自在に移動可能に支持することができるコンパクト化された工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、主軸１１１を平面内で自在に移動可能に支持するリンク構造１ｃを備える。このリンク構造１ｃは、固定リンク５０ａと、固定リンク５０ａの一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンク１０と、第１リンク１０の他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンク２０ａと、第２リンク２０ａの他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンク３０と、第３リンク３０の他端に対して一端が回動自在に連結され固定リンク５０ａの他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンク４０とを備える。そして、第２リンク２０ａは、両端の関節部２１，２２を一体として結合するバー部２３ａを有し、第２リンク２０ａのバー部２３ａに主軸１１１が配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、工作機械に関し、より詳しくは、主軸を平面内で自在に移動可能に支持する二次元移動機構を備える工作機械に関する。

マシニングセンタ等の工作機械は、加工工具を着脱可能な主軸と、テーブルに装着される被加工物としてのワークとを互いに直交する３軸方向にそれぞれ相対移動させるための移動機構を備えている。

例えば特開２０１２−９３９８９号公報（特許文献１）には、主軸頭の主軸に装着される工具を回転させながら、コラム、主軸頭、テーブルを各々Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に動作させることにより、テーブルに固定されたワークを所望形状に切削加工する横形のマシニングセンタ（工作機械）が開示されている（段落［００２４］、図１参照）。

特開２０１２−９３９８９号公報

特許文献１に記載の工作機械は、直交するＸ軸およびＹ軸を含むＸＹ平面内で主軸を自在に移動可能に支持する二次元移動機構を備えている。この二次元移動機構は、コラムの下面に設けられたナットに螺合するＸ軸送りねじを回転させることによりコラムをベッドの上面に設置されたＸ軸ガイドレールに沿って摺動移動させ、主軸頭の背面に設けられたナットに螺合するＹ軸送りねじを回転させることにより主軸頭をコラムの前面に設けられたＹ軸ガイドレールに沿って摺動移動させる（段落［００２１］〜［００２３］参照）。

しかしながら、このような特許文献１に記載の工作機械では、主軸の移動範囲以上にガイドレールを敷設する必要があり、さらにガイドレールの設置範囲を含むようにコラムやベッドを形成する必要があるため、装置が大型化する傾向があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、主軸を平面内で自在に移動可能に支持することができるコンパクト化された工作機械を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、加工工具を着脱可能な主軸と、前記主軸を平面内で自在に移動可能に支持する二次元移動閉リンク構造と、前記加工工具により加工されるワークを装着するためのテーブルと、を備え、前記二次元移動閉リンク構造は、固定リンクと、該固定リンクの一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンクと、該第１リンクの他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンクと、該第２リンクの他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンクと、該第３リンクの他端に対して一端が回動自在に連結され前記固定リンクの他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンクと、を備え、前記第２リンクは、該第２リンクが連結される両端の関節部と、該両端の関節部を一体として結合するバー部と、を有し、前記第２リンクの前記バー部に前記主軸を配置したことを特徴とする工作機械である。

本発明では、二次元移動閉リンク構造を構成する各リンクを回動させることにより、固定リンクの設置範囲から離れた位置を含む平面内の広い範囲において主軸を自在に移動させて、ワークを加工することができる。
したがって本発明によれば、主軸を平面内で自在に移動可能に支持することができるコンパクト化された工作機械を提供できる。
また、従来の送りねじを利用した二次元移動機構を備えた工作機械では、主軸とコラムを含む比較的大きい質量の移動対象を大きい駆動力で移動させることになるため、高速移動の場合には送りねじや摺動面の耐久性が低下するおそれがある。これに対し、本発明では、従来よりも移動対象が軽量となるため、駆動力が小さくて済み、耐久性を確保しつつ高速移動が可能となる。

さらに、第２リンクのバー部に主軸を配置したことで、第２リンクの一端の関節部と他端の関節部に跨って主軸を支持するため、第２リンクの他端と第３リンクの一端とが連結された一箇所の関節部で主軸を支持する場合よりも支持剛性を向上させることができる。このようにして、本発明は、簡易なリンク構造により主軸の支持剛性を向上させて、移動精度を高めつつ、より広い可動範囲を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の工作機械であって、前記主軸と前記テーブルに装着するワークとを前記平面に直交する方向に相対移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記平面に直交する方向においてワークを所望の形状に加工することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の工作機械であって、前記第２リンクの前記一端と前記他端を結ぶ線から閉リンクの外側の方に所定のずらし量だけずらして前記主軸を配置したことを特徴とする。

かかる構成によれば、前記第２リンクにおいて主軸を閉リンクの外側の方にずらすことで、主軸と他のリンクとの干渉を抑制して、主軸のより広い可動範囲を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の工作機械であって、前記第１リンクの長さと前記第４リンクの長さとを同じにし、前記第２リンクに閉リンクの外方へ向けて、くの字状に屈曲した曲折部を設け、該曲折部から前記第２リンクの前記一端までの長さと、前記第３リンクの長さとを同じにし、前記主軸を前記曲折部と前記第２リンクの前記他端との間に配置したことを特徴とする。

かかる構成によれば、主軸の可動範囲をより広く確保しながら、コンパクトな閉リンク構造を形成することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の工作機械であって、前記固定リンクの前記一端と前記他端を結ぶ線は、該固定リンクの前記一端よりも前記他端が前記平面内において前記主軸に近くなるように、前記工作機械の左右方向、前後方向、または上下方向に沿う方向に対して傾けて配設されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、工作機械の中央を通る対称面の両側でより均等に、主軸のより広い可動範囲を確保することができる。

本発明によれば、主軸を平面内で自在に移動可能に支持することができるコンパクト化された工作機械を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は正面側から見た概略斜視図、（ｂ）は背面側から見た概略斜視図である。（ａ）は図１に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同正面図、（ｄ）は同背面図である。第１例に係るリンク構造の全体構成を模式的に示す正面図である。（ａ）は、リンクの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、リンクの他の例を示す斜視図である。第２例に係るリンク構造の全体構成を模式的に示す正面図である。第３例に係るリンク構造の全体構成を模式的に示す正面図である。第３例に係るリンク構造により主軸が移動させられる様子を示す概略正面図である。第３例に係るリンク構造による主軸の可動範囲を、第２例に係るリンク構造による主軸の可動範囲とともに示す概略正面図である。第４例に係るリンク構造の全体構成を模式的に示す正面図である。第４例に係るリンク構造により主軸が移動させられる様子を示す概略正面図である。第４例に係るリンク構造による主軸の可動範囲を、第３例に係るリンク構造による主軸の可動範囲とともに示す概略正面図である。本発明の第２実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は背面側から見た概略斜視図、（ｂ）は正面側から見た概略斜視図である。（ａ）は図１２に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は同背面図、（ｄ）は同正面図である。本発明の第３実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は左上方から見た概略斜視図、（ｂ）は右上方から見た概略斜視図である。（ａ）は図１４に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。本発明の第４実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は右上方から見た概略斜視図、（ｂ）は左上方から見た概略斜視図である。（ａ）は図１６に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。本発明の第５実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は左上方から見た概略斜視図、（ｂ）は右上方から見た概略斜視図である。（ａ）は図１８に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。本発明の第６実施形態に係る工作機械の概略斜視図であり、（ａ）は右上方から見た概略斜視図、（ｂ）は左上方から見た概略斜視図である。（ａ）は図２０に示される工作機械の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同側面図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す図面において、同一の部材または相当する部材には同一の参照符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。

［第１実施形態］
まず、図１〜図１１を参照して、本発明の第１実施形態に係る工作機械１００について説明する。

（工作機械の全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る工作機械１００の概略斜視図であり、（ａ）は正面側から見た概略斜視図、（ｂ）は背面側から見た概略斜視図である。図２（ａ）は図１に示される工作機械１００の平面図、図２（ｂ）は同側面図、図２（ｃ）は同正面図、図２（ｄ）は同背面図である。なお、図１および図２において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は上下方向（鉛直方向）、Ｚ軸方向は前後方向（奥行き方向）に相当している。また、図２（ｃ）では、テーブル１２０を仮想線で示し、その背景の主軸１１１等を表示している。

図１および図２に示すように、工作機械１００は、主軸１１１が水平方向に沿うように配置される横形の工作機械である。

工作機械１００は、基台となるベッド１０１と、加工工具１０２を着脱可能な主軸１１１と、加工工具１０２により加工される被加工物としてのワークＷを装着するためのテーブル１２０とを備えている。ワークＷは、テーブル１２０に設けられる保持機構（図示せず）により着脱可能に保持されることにより、テーブル１２０に装着されるようになっている。

主軸１１１は、主軸装置１１０に回転可能に備えられている。主軸装置１１０は、主軸１１１を回転させる主軸モータ１１２を有している。主軸装置１１０の主軸１１１は、二次元移動閉リンク構造（以下、単に「リンク構造」ともいう。）１により、互いに直交するＸ軸およびＹ軸により規定されるＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されている。

そして、リンク構造１は、サーボモータ等の回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２の回転により、動作させられるように構成されている。このリンク構造１は、ベッド１０１に固定されたベース部材６０を備えており、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２は、ベース部材６０に設置されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、ベッド１０１の上面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、テーブル１２０に装着するワークＷが、移動機構１３０により、主軸１１１に対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

移動機構１３０は、Ｚ軸モータ１３１と、Ｚ軸方向の直線運動をガイドするＺ軸ガイド１３２と、Ｚ軸モータ１３１の出力軸に例えばカップリング（図示せず）を介して接続されるＺ軸ボールねじ１３３と、被移動体（ここではテーブル設置部１２１）の底面に固定されＺ軸ボールねじ１３３と螺合するナット部材（図示せず）とを有している。したがって、Ｚ軸モータ１３１の回転駆動力によって、ねじ送り作用により、被移動体がＺ軸方向に移動する。

前記したように、第１実施形態に係る工作機械１００は、横形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、テーブル１２０に装着するワークＷが移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。

次に、リンク構造１について、第１例〜第４例を挙げて、詳細に説明する。ここで、リンク構造１は、第１例〜第４例に係るリンク構造１ａ〜１ｄの総称として使用する。なお、図１および図２におけるリンク構造１は、後記する第３例に係るリンク構造１ｃが適用されて表示されている。

（第１例に係るリンク構造）
図３は、第１例に係るリンク構造１ａの全体構成を模式的に示す正面図である。
図３に示すように、リンク構造１ａは、移動対象である主軸１１１を互いに直交するＸ軸およびＹ軸により規定されるＸＹ平面内で自在に移動可能に支持する二次元移動閉リンク構造である。

リンク構造１ａは、固定リンク５０と、固定リンク５０の一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンク１０と、第１リンク１０の他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンク２０と、第２リンク２０の他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンク３０と、第３リンク３０の他端に対して一端が回動自在に連結され固定リンク５０の他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンク４０とを備えている。

ここで、リンク構造１ａを構成する要素をリンクというものとする（後記するリンク構造１ｂ〜１ｄでも同様）。また、各リンクにおいて、他のリンクが連結される両端部を関節部といい、当該リンクの両端部を一体として結合する部分をバー部というものとする。また、両端の関節部の位置が移動しない（リンク構造全体が移動する場合を除く）リンクを固定リンク、両端の関節部の少なくとも一方の位置が移動するリンクを可動リンクというものとする。

図４（ａ）は、リンクの一例を示す斜視図であり、図４（ｂ）は、リンクの他の例を示す斜視図である。
図４（ａ）に示す例では、リンク７０は、該リンク７０が連結される両端の関節部７１，７２と、該両端の関節部７１，７２を一体として結合するバー部７３とを有している。また、図４（ｂ）に示す例では、リンク８０は、該リンク８０が連結される両端の関節部８１，８２と、該両端の関節部８１，８２を一体として結合するバー部８３とを有している。リンク８０において、関節部８１，８２は、リンク８０の長手方向端部の外面を外周面の一部とする仮想的な円筒部分をいうものとする。

図３に示されるリンク構造１ａを構成する各リンクは、ここでは、図４（ａ）または図４（ｂ）に示されるリンク７０，８０と同様な形状に形成されている。ただし、リンク構造１ａに使用される各リンクの形状は、図４に示す形状に特に限定されるものではない。

図３に戻って、リンク構造１ａは、固定リンク５０が配設されるベース部材６０を備えている。そして、換言すれば、リンク構造１ａは、ベース部材６０に配設された固定リンク５０と、可動リンクである第１リンク１０、第２リンク２０、第３リンク３０、および第４リンク４０とを備えた閉リンク構造をなしている。なお、本実施形態では、ベース部材６０の一部が固定リンク５０として機能するように構成されているが、固定リンク５０はベース部材６０と別体とされてベース部材６０に設けられる構成であってもよい。

ベース部材６０は、左右方向、前後方向、および上下方向のうちの少なくとも二方向（図３の例では左右方向および上下方向）にそれぞれ沿う面が規定された形状を有している。すなわち、ベース部材６０は、ここでは、左右方向に沿う上面６１および下面６２と、上下方向に沿う左側面６３および右側面６４とを有している。そして、ベース部材６０の左右方向および上下方向がＸ軸およびＹ軸にそれぞれ沿う方向（平行な方向）に設定されている。すなわち、ベース部材６０の上面６１および下面６２がＸ軸に、ベース部材６０の左側面６３および右側面６４がＹ軸に、それぞれ沿う方向に設定されている。

主軸１１１の移動平面となるＸＹ平面は、その平面の向きが特に限定されるものではなく、目的や用途に応じて適宜設定され得る。すなわち、ＸＹ平面は、本実施形態では、鉛直方向に沿う平面とされているが、これに限定されるものではなく、水平方向に沿う平面であってもよく、水平方向または鉛直方向から所定の角度だけずらして設定された平面であってもよい。

固定リンク５０は、一端に設けられる関節部５１と他端に設けられる関節部５２とを有している。関節部５１および関節部５２は、固定リンク５０の両端に位置する固定された部分であり、第１リンク１０および第４リンク４０とそれぞれ連結される。

第１例に係るリンク構造１ａでは、固定リンク５０の一端と他端とを結ぶ線Ｌ０が、Ｙ軸と直交するように設定されている。

第１リンク１０は、一端に設けられる関節部１１と、他端に設けられる関節部１２と、両端の関節部１１，１２を一体として結合するバー部１３とを有している。第１リンク１０の関節部１１は、固定リンク５０の関節部５１に対して該関節部５１の中心軸のまわりで回動自在に連結されている。

第１リンク１０の関節部１１には、回転駆動装置Ｍ１の出力軸（図示せず）が回転駆動力を伝達可能に接続されている。したがって、回転駆動装置Ｍ１の作動により、第１リンク１０を関節部１１のまわりで所定の回転方向角度位置に回転させることが可能となっている。

第２リンク２０は、一端に設けられる関節部２１と、他端に設けられる関節部２２と、両端の関節部２１，２２を一体として結合するバー部２３とを有している。第２リンク２０の関節部２１は、第１リンク１０の関節部１２に対して該関節部１２の中心軸と同軸に配置されたピンＰ１のまわりで回動自在に連結されている。ここで、関節部１２と関節部２１とは、ピンＰ１の軸方向（ＸＹ平面に直交するＺ軸方向）に沿って同軸に配置されている。こうして、第２リンク２０は、関節部２１のまわりで回動自在となっている。

主軸１１１は、第２リンク２０の、両端の関節部２１，２２ではなくバー部２３に配置されている。具体的には、主軸１１１を備える主軸装置１１０が、第２リンク２０のバー部２３に固定される。第１例に係るリンク構造１ａでは、第２リンク２０のバー部２３は、真直ぐな形状に形成されており、主軸１１１が、第２リンク２０の一端の関節部２１と他端の関節部２２を結ぶ線上に配置されている。

第３リンク３０は、一端に設けられる関節部３１と、他端に設けられる関節部３２と、両端の関節部３１，３２を一体として結合するバー部３３とを有している。第３リンク３０の関節部３１は、第２リンク２０の関節部２２に対して該関節部２２の中心軸と同軸に配置されたピンＰ２のまわりで回動自在に連結されている。ここで、関節部２２と関節部３１とは、ピンＰ２の軸方向に沿って同軸に配置されている。こうして、第３リンク３０は、関節部３１のまわりで回動自在となっている。

第４リンク４０は、一端に設けられる関節部４１と、他端に設けられる関節部４２と、両端の関節部４１，４２を一体として結合するバー部４３とを有している。第４リンク４０の関節部４１は、第３リンク３０の関節部３２に対して該関節部３２の中心軸と同軸に配置されたピンＰ３のまわりで回動自在に連結されている。ここで、関節部３２と関節部４１とは、ピンＰ３の軸方向に沿って同軸に配置されている。こうして、第４リンク４０は、関節部４１のまわりで回動自在となっている。

また、第４リンク４０の関節部４２は、固定リンク５０の関節部５２に対して該関節部５２の中心軸のまわりで回動自在に連結されている。

第４リンク４０の関節部４２には、回転駆動装置Ｍ２の出力軸（図示せず）が回転駆動力を伝達可能に接続されている。したがって、回転駆動装置Ｍ２の作動により、第４リンク４０を関節部４２のまわりで所定の回転方向角度位置に回転させることが可能となっている。

第１リンク１０、第２リンク２０、第３リンク３０、第４リンク４０、および固定リンク５０の長さ、すなわち各リンクの両端の関節部間の距離Ｄ１〜Ｄ５は、適宜設定され得る。ここでは、Ｄ１＝Ｄ４、Ｄ２＞Ｄ３に設定され、主軸１１１が第２リンク２０のバー部２３における第２リンク２０の他端の関節部２２寄りに配置されている。このようにすれば、主軸１１１の可動範囲をベース部材６０の左右両側でより均等に確保することが可能である。

次に、リンク構造１ａの作用について説明する。
回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２が例えば制御装置（図示せず）の指令にしたがって作動されると、ＸＹ平面内において、第１リンク１０が一端の関節部１１のまわりで所定の回転方向角度位置に回転させられるとともに、第４リンク４０が他端の関節部４２のまわりで所定の回転方向角度位置に回転させられる。これにより、第１リンク１０の第２リンク２０との連結点であるピンＰ１の位置、および第４リンク４０の第３リンク３０との連結点であるピンＰ３の位置が定まる。

第２リンク２０と第３リンク３０とがピンＰ２のまわりで回動自在に連結されているため、前記したようにピンＰ１，Ｐ３の位置が定まると、ピンＰ２の位置も一意に定まる。したがって、リンク構造１ａを構成する全リンクの位置が定まることとなり、この結果、第２リンク２０のバー部２３に配置された主軸１１１が位置決めされる。

そして、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２の作動により、第１リンク１０および／または第４リンク４０が別の回転方向角度位置に回転させられると、これに応じて主軸１１１も移動させられる。これにより、主軸１１１はＸＹ平面内の任意の位置に移動させられて位置決めされる。

前記したように、第１例では、主軸１１１を平面内で自在に移動可能に支持するリンク構造１ａは、固定リンク５０と、固定リンク５０の一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンク１０と、第１リンク１０の他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンク２０と、第２リンク２０の他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンク３０と、第３リンク３０の他端に対して一端が回動自在に連結され固定リンク５０の他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンク４０とを備えている。そして、第２リンク２０は、第２リンク２０が連結される両端の関節部２１，２２と、両端の関節部２１，２２を一体として結合するバー部２３とを有しており、第２リンク２０のバー部２３に主軸１１１が配置されている。

したがって、第１例に係るリンク構造１ａによれば、第２リンク２０のバー部２３に主軸１１１を配置したことで、第２リンク２０の一端の関節部２１と他端の関節部２２に跨って主軸１１１を支持するため、第２リンク２０の他端と第３リンク３０の一端とが連結された一箇所の関節部２２，３１で主軸１１１を支持する場合よりも支持剛性を向上させることができる。

このようにして、第１例に係るリンク構造１ａは、簡易なリンク構造により主軸１１１の支持剛性を向上させて、移動精度を高めつつ、より広い可動範囲を確保することができる。

（第２例に係るリンク構造）
次に、図５を参照して、第２例に係るリンク構造１ｂについて、前記した第１例に係るリンク構造１ａと相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を省略する。

図５は、第２例に係るリンク構造１ｂの全体構成を模式的に示す正面図である。
図５に示すように、第２例では、主軸１１１が、第２リンク２０ａの一端に設けられる関節部２１と他端に設けられる関節部２２を結ぶ線Ｌ１から閉リンクの外側の方に所定のずらし量だけずらして配置されている。

また、第２例では、第１例と同様に、第１リンク１０の長さＤ１と第４リンクの長さＤ４とが同じに設定されている一方で、第２リンク２０ａに閉リンクの外方へ向けて、くの字状に屈曲した曲折部２４が設けられている。ここで、第２リンク２０ａのバー部２３ａは、一端の関節部２１と曲折部２４との間に規定される第１バー部２５と、曲折部２４と他端の関節部２２との間に規定される第２バー部２６とから構成されている（図２（ｃ）および図２（ｄ）も参照）。

具体的には、第２リンク２０ａのバー部２３ａは、別体に形成された２つのバー部材である第１バー部２５と第２バー部２６とを曲折部２４となる端部同士において例えばねじ締結や溶接等により固定されることによって構成されている（図２（ｃ）および図２（ｄ）も参照）。ただし、第１バー部２５と第２バー部２６とは、一体に形成されたバー部材を曲げ加工することにより構成されてもよい。

そして、曲折部２４から第２リンク２０ａの一端の関節部２１までの長さ、すなわち第１バー部２５の長さＤ２１と、第３リンク３０の長さＤ３とが同じに設定されている。

また、主軸１１１は、曲折部２４と第２リンク２０ａの他端の関節部２２との間に配置されている。すなわち、主軸１１１は、第２バー部２６上に配置されている。ここでは、主軸１１１は、曲折部２４と関節部２２との間の中央（センタ）、すなわち、第２バー部２６の長さＤ２２を二等分する点に配置されている。このようにすれば、主軸１１１の可動範囲をベース部材６０の左右両側でより均等に確保することが可能である。

このように構成された第２例によっても、前記した第１例と同様の作用効果を奏することができることに加え、さらに以下の作用効果を奏することができる。

すなわち、第２例では、第２リンク２０ａの一端の関節部２１と他端の関節部２２を結ぶ線Ｌ１から閉リンクの外側の方に所定のずらし量だけずらして主軸１１１が配置されている。

したがって、主軸１１１が固定リンク５０側に接近したときに、主軸１１１が閉リンクの外側の方にずれている分だけ、主軸１１１が他のリンク２０，３０，４０，５０から離間した位置に保たれることになる。
このような構成によれば、第２リンク２０ａにおいて主軸１１１を閉リンクの外側の方にずらすことで、主軸１１１と他のリンク２０，３０，４０，５０との干渉を抑制して、主軸１１１のより広い可動範囲を確保することができる。

また、第２例では、第１リンク１０の長さＤ１と第４リンク４０の長さＤ４とを同じにし、第２リンク２０ａに閉リンクの外方へ向けて、くの字状に屈曲した曲折部２４を設け、該曲折部２４から第２リンク２０ａの一端までの長さＤ２１と、第３リンク３０の長さＤ３とを同じにし、主軸１１１を曲折部２４と第２リンク２０ａの他端との間に配置するように構成されている。

したがって、曲折部２４と第２リンク２０ａの他端との間の部分である第２バー部２６がＸ軸と平行となる場合には、閉リンクの形状は線対称な図形を形成する（図５参照）。
このような構成によれば、主軸１１１の可動範囲をより広く確保しながら、コンパクトな閉リンク構造を形成することができる。

（第３例に係るリンク構造１ｃ）
次に、図６〜図８を参照して、第３例に係るリンク構造１ｃについて、前記した第２例に係るリンク構造１ｂと相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を省略する。

図６は、第３例に係るリンク構造１ｃの全体構成を模式的に示す正面図である。図７は、第３例に係るリンク構造１ｃにより主軸１１１が移動させられる様子を示す概略正面図である。図８は、第３例に係るリンク構造１ｃによる主軸１１１の可動範囲Ｒｃを、第２例に係るリンク構造１ｂによる主軸１１１の可動範囲Ｒｂとともに示す概略正面図である。

図６に示すように、第３例では、固定リンク５０ａの一端と他端を結ぶ線Ｌ０は、該固定リンク５０ａの一端の関節部５１よりも他端の関節部５２がＸＹ平面内において主軸１１１に近くなるように、工作機械１００の左右方向、前後方向、または上下方向（本実施形態では左右方向（横方向）であるＸ軸方向）に沿う方向に対して傾けて配設されている。

具体的には、固定リンク５０ａの一端と他端を結ぶ線Ｌ０との交角がＸ軸よりもＹ軸の方が直角に近く設定されるとともに、固定リンク５０ａの一端の関節部５１よりも他端の関節部５２が、Ｙ軸方向において主軸１１１に近くなるように配置されている。

ここでは、第３例における固定リンク５０ａの両端の関節部５１，５２間のＸ軸方向の距離Ｄｘは、第２例における固定リンク５０の長さＤ５と等しく設定されている。そして、固定リンク５０ａの両端の関節部５１，５２間のＹ軸方向の距離Ｄｙの分だけ、固定リンク５０ａの一端の関節部５１よりも他端の関節部５２が、Ｙ軸方向において主軸１１１に近く、すなわち図６において高くなるように配置されている。

このような第３例では、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２が作動されると、図７に示すように、リンク構造１ｃにより主軸１１１が移動させられる。

このように構成された第３例によっても、前記した第２例と同様の作用効果を奏することができることに加え、さらに以下の作用効果を奏することができる。

図８に示すように、第３例に係るリンク構造１ｃによる主軸１１１の可動範囲Ｒｃと、前記した第２例に係るリンク構造１ｂによる主軸１１１の可動範囲Ｒｂとを比較すると、図８に示すＸＹ平面内において、可動範囲Ｒｂは右側に偏移しているのに対し、可動範囲Ｒｃは中央寄りに是正されている。
したがって、第３例によれば、工作機械１００の中央を通る対称面の両側でより均等に、具体的には、固定リンク５０の中央（センタ）を通りＹ軸に平行な線の両側、すなわちベース部材６０の左右両側でより均等に、主軸１１１のより広い可動範囲Ｒｃを確保することができる。

（第４例に係るリンク構造１ｄ）
次に、図９〜図１１を参照して、第４例に係るリンク構造１ｄについて、前記した第３例に係るリンク構造１ｃと相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を省略する。

図９は、第４例に係るリンク構造１ｄの全体構成を模式的に示す正面図である。図１０は、第４例に係るリンク構造１ｄにより主軸１１１が移動させられる様子を示す概略正面図である。図１１は、第４例に係るリンク構造１ｄによる主軸１１１の可動範囲Ｒｄを、第３例に係るリンク構造１ｃによる主軸１１１の可動範囲Ｒｃとともに示す概略正面図である。

図９に示すように、第４例では、第２リンク２０のバー部２３が、真直ぐな形状に形成されており、主軸１１１が、第２リンク２０の一端に設けられる関節部２１と他端に設けられる関節部２２を結ぶ線上に配置されている点で、第３例と相違している。

このような第４例では、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２が作動されると、図１０に示すように、リンク構造１ｄにより主軸１１１が移動させられる。そして、第４例に係るリンク構造１ｄによれば、図１１に示すような主軸１１１の可動範囲Ｒｄが形成される。なお、図１１中の「Ｒｃ」は、第３例に係るリンク構造１ｃによる主軸１１１の可動範囲を参考のため示したものである。

このように構成された第４例によれば、簡易な構成の第２リンク２０を使用して、前記した第３例と同様の作用効果を奏することができる。

なお、前記した第３例および第４例では、固定リンク５０ａの一端の関節部５１よりも他端の関節部５２をＹ軸方向において主軸１１１に近くなるように配置したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第２例に係るリンク構造１ｂ全体をベース部材６０とともに、図５において反時計回りに所定角度回転させた状態に設定してもよい。このような構成によっても、主軸１１１の可動範囲を中央寄りに是正して固定リンク５０の中央（センタ）を通りＹ軸に平行な線の両側でより均等になるようにすることができる。ただし、第３例および第４例によれば、ベース部材６０等の部材を傾けて配置しなくても済むため、レイアウト上のデッドスペースが生じず、コンパクト化、省スペース化が図られる利点がある。

（工作機械の作用効果）
次に、本実施形態に係る工作機械１００の作用効果について説明する。
前記したように、本実施形態に係る工作機械１００は、主軸１１１を平面内で自在に移動可能に支持するリンク構造１を備える。このリンク構造１は、固定リンク５０，５０ａと、固定リンク５０，５０ａの一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンク１０と、第１リンク１０の他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンク２０，２０ａと、第２リンク２０，２０ａの他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンク３０と、第３リンク３０の他端に対して一端が回動自在に連結され固定リンク５０，５０ａの他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンク４０とを備える。そして、第２リンク２０，２０ａは、両端の関節部２１，２２を一体として結合するバー部２３，２３ａを有し、第２リンク２０，２０ａのバー部２３，２３ａに主軸１１１が配置されている。

このような本実施形態では、リンク構造１を構成する各リンクを回動させることにより、固定リンク５０，５０ａの設置範囲から離れた位置を含むＸＹ平面内の広い範囲において主軸１１１を自在に移動させて、ワークＷを加工することができる。
したがって本実施形態によれば、主軸１１１をＸＹ平面内で自在に移動可能に支持することができるコンパクト化された工作機械１００を提供できる。
また、従来の送りねじを利用した二次元移動機構を備えた工作機械では、主軸とコラムを含む比較的大きい質量の移動対象を大きい駆動力で移動させることになるため、高速移動の場合には送りねじや摺動面の耐久性が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態では、従来よりも移動対象が軽量となるため、駆動力が小さくて済み、耐久性を確保しつつ高速移動が可能となる。

さらに、第２リンク２０，２０ａのバー部２３，２３ａに主軸１１１を配置したことで、第２リンク２０，２０ａの一端の関節部２１と他端の関節部２２に跨って主軸１１１を支持するため、第２リンク２０，２０ａの他端と第３リンクの一端とが連結された一箇所の関節部２２，３１で主軸１１１を支持する場合よりも支持剛性を向上させることができる。このようにして、本実施形態は、簡易なリンク構造１により主軸１１１の支持剛性を向上させて、移動精度を高めつつ、より広い可動範囲を確保することができる。

また、本実施形態では、工作機械１００は、主軸１１１とテーブル１２０に装着するワークＷとをＸＹ平面に直交する方向に相対移動させる移動機構１３０を備えている。かかる構成によれば、ＸＹ平面に直交する方向においてワークＷを所望の形状に加工することができる。

［第２実施形態］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の第２実施形態に係る工作機械１００ａについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を適宜省略する。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る工作機械１００ａの概略斜視図であり、（ａ）は背面側から見た概略斜視図、（ｂ）は正面側から見た概略斜視図である。図１３（ａ）は図１２に示される工作機械１００ａの平面図、図１３（ｂ）は同側面図、図１３（ｃ）は同背面図、図１３（ｄ）は同正面図である。なお、図１２および図１３において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は上下方向（鉛直方向）、Ｚ軸方向は前後方向（奥行き方向）に相当している。また、図１３（ｄ）では、テーブル１２０を仮想線で示し、その背景の主軸１１１等を表示している。

図１２および図１３に示すように、この工作機械１００ａは、主軸１１１が水平方向に沿うように配置される横形の工作機械である。

主軸装置１１０の主軸１１１は、リンク構造１により、ＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されている。リンク構造１は、主軸設置部１０３に固定されたベース部材６０を備えており、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２は、ベース部材６０に設置されている。

主軸１１１は、リンク構造１に支持された状態で、ベッド１０１の上面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、主軸１１１が、移動機構１３０により、テーブル１２０に装着するワークＷに対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、ベッド１０１の上面の主軸１１１に対向する位置に固定されている。

前記したように、第２実施形態に係る工作機械１００ａは、横形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、主軸１１１が移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。
このような第２実施形態によっても、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第３実施形態］
次に、図１４および図１５を参照して、本発明の第３実施形態に係る工作機械１００ｂについて、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を適宜省略する。

図１４は、本発明の第３実施形態に係る工作機械１００ｂの概略斜視図であり、（ａ）は左上方から見た概略斜視図、（ｂ）は右上方から見た概略斜視図である。図１５（ａ）は図１４に示される工作機械１００ｂの平面図、図１５（ｂ）は同正面図、図１５（ｃ）は同側面図である。なお、図１４および図１５において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は前後方向（奥行き方向）、Ｚ軸方向は上下方向（鉛直方向）に相当している。また、図１５（ａ）では、テーブル１２０を仮想線で示し、その背景の主軸１１１等を表示している。

図１４および図１５に示すように、この工作機械１００ｂは、主軸１１１が鉛直方向に沿うように配置される立形の工作機械である。

主軸装置１１０の主軸１１１は、リンク構造１により、ＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されている。リンク構造１は、ベッド１０１に固定されたベース部材６０を備えており、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２は、ベース部材６０に設置されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、ベッド１０１の後方部分に立設されたコラム１０４の前面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、テーブル１２０に装着するワークＷが、移動機構１３０により、主軸１１１に対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

前記したように、第３実施形態に係る工作機械１００ｂは、立形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、テーブル１２０に装着するワークＷが移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。そして、主軸１１１は、テーブル１２０の下側に位置されている。
このような第３実施形態によっても、前記した第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、第３実施形態のような立形の工作機械においては、主軸１１１等に生じる重力がリンク構造１による主軸１１１の位置決め動作に与える影響を考慮しなくても済む。

［第４実施形態］
次に、図１６および図１７を参照して、本発明の第４実施形態に係る工作機械１００ｃについて、前記した第３実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を適宜省略する。

図１６は、本発明の第４実施形態に係る工作機械１００ｃの概略斜視図であり、（ａ）は右上方から見た概略斜視図、（ｂ）は左上方から見た概略斜視図である。図１７（ａ）は図１６に示される工作機械１００ｃの平面図、図１７（ｂ）は同正面図、図１７（ｃ）は同側面図である。なお、図１６および図１７において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は前後方向（奥行き方向）、Ｚ軸方向は上下方向（鉛直方向）に相当している。

図１６および図１７に示すように、この工作機械１００ｃは、主軸１１１が鉛直方向に沿うように配置される立形の工作機械である。

主軸装置１１０の主軸１１１は、リンク構造１により、ＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されている。リンク構造１は、ベッド１０１の後方部分に立設されたコラム１０４に固定されたベース部材６０を備えており、回転駆動装置Ｍ１，Ｍ２は、ベース部材６０に設置されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、コラム１０４の下方前面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、テーブル１２０に装着するワークＷが、移動機構１３０により、主軸１１１に対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

前記したように、第４実施形態に係る工作機械１００ｃは、立形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、テーブル１２０に装着するワークＷが移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。そして、主軸１１１は、テーブル１２０の上側に位置されている。
このような第４実施形態によっても、前記した第３実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第５実施形態］
次に、図１８および図１９を参照して、本発明の第５実施形態に係る工作機械１００ｄについて、前記した第４実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を適宜省略する。

図１８は、本発明の第５実施形態に係る工作機械１００ｄの概略斜視図であり、（ａ）は左上方から見た概略斜視図、（ｂ）は右上方から見た概略斜視図である。図１９（ａ）は図１８に示される工作機械１００ｄの平面図、図１９（ｂ）は同正面図、図１９（ｃ）は同側面図である。なお、図１８および図１９において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は前後方向（奥行き方向）、Ｚ軸方向は上下方向（鉛直方向）に相当している。

図１８および図１９に示すように、この工作機械１００ｄは、主軸１１１が鉛直方向に沿うように配置される立形の工作機械である。

主軸１１１は、リンク構造１に支持された状態で、ベッド１０１の後方部分に立設されたコラム１０４の前面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、主軸１１１が、移動機構１３０により、テーブル１２０に装着するワークＷに対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、ベッド１０１の前面の主軸１１１に対向する位置に固定されている。

前記したように、第５実施形態に係る工作機械１００ｄは、立形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、主軸１１１が移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。そして、主軸１１１は、テーブル１２０の上側に位置されている。
このような第５実施形態によっても、前記した第４実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
［第６実施形態］
次に、図２０および図２１を参照して、本発明の第６実施形態に係る工作機械１００ｅについて、前記した第５実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点についての説明を適宜省略する。

図２０は、本発明の第６実施形態に係る工作機械１００ｅの概略斜視図であり、（ａ）は右上方から見た概略斜視図、（ｂ）は左上方から見た概略斜視図である。図２１（ａ）は図２０に示される工作機械１００ｅの平面図、図２１（ｂ）は同正面図、図２１（ｃ）は同側面図である。なお、図２０および図２１において、Ｘ軸方向は左右方向（横方向）、Ｙ軸方向は前後方向（奥行き方向）、Ｚ軸方向は上下方向（鉛直方向）に相当している。

図２０および図２１に示すように、この工作機械１００ｅは、主軸１１１が鉛直方向に沿うように配置される立形の工作機械である。

主軸１１１は、リンク構造１に支持された状態で、ベッド１０１の後方部分に立設されたコラム１０４の下方前面に設けられた移動機構１３０により、Ｚ軸方向に移動可能となっている。すなわち、主軸１１１が、移動機構１３０により、テーブル１２０に装着するワークＷに対して、ＸＹ平面に直交する方向に移動させられるように構成されている。

テーブル１２０は、テーブル設置部１２１に取り付けられた状態で、コラム１０４の上方前面の主軸１１１に対向する位置に固定されている。

前記したように、第６実施形態に係る工作機械１００ｅは、立形の工作機械であって、主軸１１１がリンク構造１によりＸＹ平面内で自在に移動可能に支持されており、主軸１１１が移動機構１３０によりＺ軸方向に移動可能である。そして、主軸１１１は、テーブル１２０の下側に位置されている。
このような第６実施形態によっても、前記した第５実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記した実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

本発明は、各種の工作機械に対して適用可能であり、例えば、工具自動交換装置を備えたマシニングセンタにも適用することができる。

１，１a〜１ｄリンク構造（二次元移動閉リンク構造）
１０第１リンク
１１一端の関節部
１２他端の関節部
１３バー部
２０，２０ａ第２リンク
２１一端の関節部
２２他端の関節部
２３，２３ａバー部
２４曲折部
２５第１バー部
２６第２バー部
３０第３リンク
３１一端の関節部
３２他端の関節部
３３バー部
４０第４リンク
４１一端の関節部
４２他端の関節部
４３バー部
５０，５０ａ固定リンク
５１一端の関節部
５２他端の関節部
６０ベース部材
１００，１００ａ〜１００ｅ工作機械
１０２加工工具
１１０主軸装置
１１１主軸
１２０テーブル
１３０移動機構
Ｌ０固定リンクの一端と他端を結ぶ線
Ｌ１第２リンクの一端と他端を結ぶ線
Ｍ１，Ｍ２回転駆動装置
Ｗワーク

Claims

加工工具を着脱可能な主軸と、
前記主軸を平面内で自在に移動可能に支持する二次元移動閉リンク構造と、
前記加工工具により加工されるワークを装着するためのテーブルと、を備え、
前記二次元移動閉リンク構造は、
固定リンクと、
該固定リンクの一端に対して一端が回動自在に連結された第１リンクと、
該第１リンクの他端に対して一端が回動自在に連結された第２リンクと、
該第２リンクの他端に対して一端が回動自在に連結された第３リンクと、
該第３リンクの他端に対して一端が回動自在に連結され前記固定リンクの他端に対して他端が回動自在に連結された第４リンクと、を備え、
前記第２リンクは、該第２リンクが連結される両端の関節部と、該両端の関節部を一体として結合するバー部と、を有し、
前記第２リンクの前記バー部に前記主軸を配置した
ことを特徴とする工作機械。
前記主軸と前記テーブルに装着するワークとを前記平面に直交する方向に相対移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記第２リンクの前記一端と前記他端を結ぶ線から閉リンクの外側の方に所定のずらし量だけずらして前記主軸を配置した
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
前記第１リンクの長さと前記第４リンクの長さとを同じにし、
前記第２リンクに閉リンクの外方へ向けて、くの字状に屈曲した曲折部を設け、
該曲折部から前記第２リンクの前記一端までの長さと、前記第３リンクの長さとを同じにし、
前記主軸を前記曲折部と前記第２リンクの前記他端との間に配置した
ことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。
前記固定リンクの前記一端と前記他端を結ぶ線は、該固定リンクの前記一端よりも前記他端が前記平面内において前記主軸に近くなるように、前記工作機械の左右方向、前後方向、または上下方向に沿う方向に対して傾けて配設されている
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の工作機械。