JP2019214089A - 工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗の進行を抑制できかつ稼働中の工作機械にも適用できる工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材を提供する。【解決手段】工作機械のガイド機構Ｇは、ガイドレール２Ｒ，２Ｌに形成されかつ移動方向（Ｘ軸方向）に沿って延びるガイド面２Ｒ２，２Ｒ４と、テーブルベッド４Ｂに形成されかつガイド面に対向配置されたテーパ状のガイド部材６および定厚のガイド部材４３と、ガイド部材６，４３のガイド面に対向する表面に形成されかつ周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティと、ガイド部材６，４３に接続されて静圧キャビティに静圧油を供給しかつ静圧キャビティから静圧油を回収する送油装置と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材に関する。

工作機械においては、工具をワークの任意位置へ移動させるために、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸など各軸方向の移動機構が用いられる。例えば、ベッドに対して載物テーブルを移動させる移動機構や、コラムに対して主軸ヘッドを移動させる移動機構などがある。
これらの移動機構は、第１部材に対して第２部材を移動させる駆動機構と、第１部材に対して第２部材をガイドするガイド機構と、で構成される。
駆動機構としては、電動モータとボールねじやラックピニオンとの組み合わせ、あるいは油圧シリンダなどが用いられる。

ガイド機構としては、平滑なガイド面に摺動部材を摺動させる摺動式ガイド機構や、ガイド面に転動体を転動させる転動式ガイド機構など、接触を伴うガイド機構が一般的である。さらに、磁気による反発力を利用する磁気式ガイド機構や、ガイド面との間に空気や油の膜を形成する静圧ガイド機構など、非接触式のガイド機構も用いられている。

工作機械においては、接触による高精度が得られるとともに、高負荷に耐えられる摺動式ガイド機構が多用される。
摺動式ガイド機構においては、摺動面に潤滑油が供給されるが、それでも摺動が繰り返される結果、摺動面の摩耗が避けられない。このような摩耗に対して、摺動面にガイドプレートやアテイタ等と称される別体式の摺動部材を装着することがなされている。摺動面に適切な摺動間隔が得られるよう調整するために、テーパギブやクサビ等と称される長手方向に厚みが変化する摺動部材を用いることがなされている（特許文献１参照）。

前述した摺動ガイド機構において、摺動間隔の調整作業はテーパギブ等の位置調整によって行っていた。具体的には、テーパギブの端部に設置された調整用ねじを操作する作業を行っていた。このような調整は、稼働により摺動面の摩耗が進行するごとに繰り返し行う必要があり、煩雑さが避けられなかった。
このような煩雑さを解消するため、油圧装置を用いた調整機構が開発されている（特許文献２および特許文献３参照）。
このような調整機構を用いることで、調整作業が簡単になり、稼働により摺動面の摩耗が進行し、間隔調整を繰り返し行う必要が生じても、作業の煩雑さを軽減できる。

実開昭５４−１１４８８８号公報 実開平２−３５号公報 特開２００９−１９２０３６号公報

特許文献２および特許文献３のような油圧式の調整機構により、摺動間隔の調整作業を簡素化することができる。
しかし、油圧式の調整機構により間隔調整作業が簡素化できたとしても、間隔調整される各部の摺動部材が摩耗することは避けられず、摩耗の進行による摺動部材の寿命に対しては、各部材の交換作業が避けられない。
さらに、前述した油圧式の調整機構を組み込むために、工作機械の複雑化が避けられず、ガイド機構の周囲に相応の設置スペースが必要となる。その結果、既に稼働している工作機械については、摺動部分に新たに油圧式の調整機構を追加することは困難であった。

本発明の目的は、摩耗の進行を抑制できかつ稼働中の工作機械にも適用できる工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材を提供することにある。

本発明の工作機械のガイド機構は、工作機械の第１部材に対して第２部材を所定の移動方向にガイドする工作機械のガイド機構であって、前記第１部材に形成されかつ前記移動方向に沿って延びるガイド面と、前記第２部材に形成されかつ前記ガイド面に対向配置されたガイド部と、前記ガイド面および前記ガイド部の前記ガイド面に対向する表面の一方もしくは両方に形成されかつ周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティと、前記静圧キャビティに静圧油を供給しかつ前記静圧キャビティから前記静圧油を回収する送油装置と、を有することを特徴とする。

このような本発明では、第１部材のガイド面と第２部材のガイド部との間に閉回路油静圧式のガイド機構が構成される。このガイド機構においては、静圧キャビティ内の静圧油を介して第１部材と第２部材とが摺動することになり、摺動抵抗を著しく減少させることができる。
その結果、工作機械の稼働によりガイド面およびガイド部が摩耗することが抑制できる。そして、摩耗の軽減により、稼働の進行に伴って定期的に間隔調整を行う必要がなくなり、初期段階の間隔調整を長く維持でき、従来の油圧式の調整機構などを追加する必要がなくなる。
さらに、本発明のガイド部は、別体のガイド部材としてもよく、別体のガイド部材とする場合には、従来のテーパギブあるいはガイドプレートなどの摺動部材に相当する形状とすることができ、既に稼働している工作機械の摺動部材を置き換えること（レトロフィット）により、本発明を簡単に実施することができる。

本発明では、ガイド面とガイド部材との一方もしくは両方に周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティを形成し、この静圧キャビティに静圧油を供給しかつ静圧キャビティから静圧油を回収する送油装置を用いることで、ガイド機構においては静圧油の溢れ出しを回避することができる。
例えば開放式の静圧軸受を設置すると、そこから周囲に排出される静圧油の量は、従来の潤滑油の量よりはるかに多く、回収が十分にできない等の不都合の可能性がある。
本発明では、周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティを用いることで、周囲に漏れ出す静圧油をほぼ全て回収でき、周囲への影響を避けることができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記ガイド部は、前記第２部材に装着された別体のガイド部材であることが好ましい。
本発明では、別体のガイド部材として、従来のテーパギブあるいはガイドプレートなどの摺動部材に相当する形状とすることができ、既に稼働している工作機械の摺動部材を置き換えること（レトロフィット）により、本発明を簡単に実施することができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記第１部材は、前記移動方向に延びかつ側面に垂直基準面および垂直ガイド面が形成されたガイドレールを有し、前記第２部材は、前記垂直ガイド面と対向しかつ前記移動方向に離れて配置された一対の前記ガイド部材を有し、前記ガイド部材は、それぞれ前記移動方向に延びかつ長手方向に厚みが変化するテーパ状に形成された長尺材で形成されていることが好ましい。
このような本発明では、厚みが変化するテーパ状のガイド部材を用いることで、既存の工作機械の摺動部材であるテーパギブやクサビ等に置き換えることができ、間隔の調整に利用できる。そして、既存の工作機械の摺動部材を置き換えることで、本発明を簡単に実施することができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記第１部材は、前記移動方向に延びかつ上面および下面に水平ガイド面を有し、上面で前記第２部材の荷重を支持するガイドレールを有し、前記第２部材は、前記下面の前記水平ガイド面との間に、前記移動方向に延びる前記ガイド部材を有し、前記ガイド部材は、前記移動方向に延びかつ長手方向に厚みが一定の長尺材で形成されていることが好ましい。
このような本発明では、厚みが一定のガイド部材を用いることで、既存の工作機械の摺動部材であるガイドプレートやアテイタ等に置き換えることができる。そして、本発明のガイド部材によれば、既存の工作機械の摺動部材を置き換えることで、本発明を簡単に実施することができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記送油装置は、前記ガイド部材の長手方向の端面に接続されることが望ましい。
このような本発明では、ガイド部材の端面に配管類を接続することで、配管類をガイド機構部分から外部へ引き出し、送油装置を構成するタンクやポンプなどに接続することができる。従って、ガイド機構の周辺に追加的な装置類が必要なく、コンパクトにできるとともに、既存の工作機械のガイド部材を置き換えて本発明を構成することも簡単に行える。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記送油装置は、前記静圧キャビティの外周側に前記静圧油を供給し、前記静圧キャビティの中心部から前記静圧油を回収することが好ましい。
このような本発明では、外周部に送油装置からの静圧油が供給され、内側に向けて圧力低下してゆくため、外周部の広い範囲に内側より高い圧力を分布させることができ、効率よい荷重負担を行うことができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記静圧キャビティは、同心円状に形成された外側溝および内側溝と、前記外側溝に形成された供給孔と、前記外側溝と前記内側溝とを連通する等圧溝と、前記外側溝と前記内側溝との間に形成された静圧面と、前記内側溝より内側に形成された降圧面と、前記降圧面の中心に形成された回収孔と、を有し、前記供給孔に前記送油装置から前記静圧油が供給され、前記回収孔から前記送油装置へと前記静圧油が回収されることが好ましい。

このような本発明では、外側溝、内側溝および等圧溝により、静圧キャビティの外周側に広い面積にわたって一定の静圧が分布する静圧面を形成することができる。一方、内側溝から回収孔にかけて降圧面を形成でき、外側の静圧面における静圧を維持できる。そして、外側溝、内側溝および等圧溝によって静圧面および降圧面が形成できるので、静圧キャビティを凹状に形成する必要がなくなり、製造を容易にできる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記外側溝には前記シール部材が配置され、前記供給孔は前記外側溝の前記シール部材より内側に形成されていることが望ましい。
このような本発明では、供給孔からの静圧キャビティへの静圧油の供給に支障がないとともに、シール部材が外側溝に収容されることで、シール部材に十分な厚みを確保でき、ガイド面に圧接されて振動に伴って圧縮および復元される際の十分な弾性変形性能を得ることができる。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記送油装置は、前記ガイド機構にかかる負荷に応じて、前記静圧キャビティの前記静圧油の油圧および油量を調整可能であることが好ましい。
このような本発明では、送油装置により、静圧キャビティの静圧油の油圧および油量を調整でき、第１部材と第２部材の間隔や負担荷重、振動の減衰性能などを調整することができる。とくに、ガイド機構に大きな荷重が働き、静圧キャビティの静圧油の圧力が予め設定された適正油圧を超えて大きくなった際など、送油装置の送出圧力を一時的に所定油圧より高め、静圧キャビティへの静圧油の流入を継続することができ、静圧キャビティ内の静圧油を適切に維持することができる。
なお、ガイド機構にかかる負荷としては、例えば、主軸に装着された工具がワークを切削する際に、ワークが受ける力（荷重）がテーブルに伝達され、テーブルが受ける力（荷重）などである。また、工作機械が設置されている地面から受ける、周囲で発生した振動（他の工作機械の振動や地震）等がガイド機構にかかる負荷となることもある。
このようなガイド機構にかかる負荷は、例えば、シール部材に隣接して第２部材に荷重センサを埋め込み、シール部材と同様にガイド面に接触させることで、第１部材と第２部材との間の荷重として検出することができる。または、第２部材に静圧パッドを埋め込む際に、第２部材と静圧パッドとの間に荷重センサを挟み込むことで、静圧パッドにかかる荷重を検出してもよい。

本発明の工作機械のガイド機構において、前記ガイド部の前記ガイド面に対向する表面には静圧パッドが嵌め込まれ、前記静圧キャビティは、前記静圧パッドに形成されていることが好ましい。
このような本発明では、静圧キャビティに必要な構造を予め静圧パッドとして製造しておくことができる。そして、ガイド部材の製造時には、必要な部位に静圧パッド嵌め込むことで、そこに静圧キャビティを形成できる。そして、予め静圧パッドとして製造できるため、同じ形状寸法の静圧キャビティを複数用いる場合には、製造効率の向上およびコスト削減が期待できる。

本発明の工作機械は、前述した本発明のガイド機構を有することを特徴とする。
本発明では、本発明のガイド機構で説明した通りの作用効果を得ることができる。

本発明の工作機械のガイド部材は、工作機械の第１部材に対して所定の移動方向に移動する第２部材に装着され、前記第１部材に形成されて前記移動方向に沿って延びるガイド面に対向配置された工作機械のガイド部材であって、前記ガイド面に対向する表面に形成されかつ周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティを有し、外部の送油装置から前記静圧キャビティに静圧油が供給される供給経路と、前記静圧キャビティから前記送油装置に前記静圧油を回収する回収経路と、を有することを特徴とする。
本発明では、工作機械のガイド機構に組み込むことで、本発明のガイド機構で説明した通りの作用効果を得ることができる。

本発明によれば、摩耗の進行を抑制できかつ稼働中の工作機械にも適用できる工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材を提供できる。

本発明の一実施形態である工作機械を示す斜視図。 前記実施形態の載物テーブルのガイド機構を示す縦断面図。 前記実施形態の載物テーブルのガイド機構を示す平断面図。 前記実施形態のテーパガイド部材を示す平面図。 前記実施形態のテーパガイド部材を示す側面図。 前記実施形態のテーパガイド部材を示す正面図。 前記実施形態の静圧パッドを示す斜視図。 前記実施形態の静圧パッドの要部および送油装置を示す断面図。 前記実施形態の定厚ガイド部材を示す平面図。 前記実施形態の定厚ガイド部材を示す側面図。 前記実施形態の定厚ガイド部材を示す正面図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔工作機械Ｔ〕
図１において、工作機械Ｔは、Ｚ軸方向に延びるコラムベッド１およびＸ軸方向に延びるテーブルベッド２を有し、それぞれ基礎上に固定されて平面「Ｔ」字状に配置されている。
コラムベッド１には上下方向（Ｙ軸方向）へ延びるコラム３が支持され、コラム３には主軸ヘッド５が支持されている。テーブルベッド２には加工対象のワークを載置するテーブル４が支持されている。

コラムベッド１にはコラム駆動機構１Ａが設置されている。コラム駆動機構１Ａは、モータ１Ｂでボールねじ軸１Ｃを駆動することで、コラム３をＺ軸方向の任意位置へ移動可能である。
コラム３は、コラム駆動機構１Ａで駆動されるコラムベース３Ａの上にコラム本体３Ｂを有する。コラム３の内部には図示しないＹ軸駆動機構が設置され、主軸ヘッド５はコラム本体３Ｂに沿ってＹ軸方向の任意位置へ移動可能である。
主軸ヘッド５は、コラム本体３Ｂに沿って駆動されるヘッド本体５Ａと、ヘッド本体５Ａに回転自在に支持されてＺ軸方向へ延びる主軸５Ｂと、主軸５Ｂを回転させる回転駆動機構５Ｃとを有する。従って、主軸５Ｂに工具を装着し、回転駆動機構５Ｃで回転させることで、テーブル４に載置されたワークの加工を行うことができる。

テーブルベッド２にはテーブル駆動機構４０Ａが設置されている。テーブル駆動機構４０Ａは、モータ４０Ｂで回転駆動されるボールねじ軸４０Ｃを有し、ボールねじ軸４０Ｃはテーブル４の下面のナット部材４０Ｄ（図２参照）に螺合されている。このようなテーブル駆動機構４０Ａにより、テーブル４はＸ軸方向の任意位置へ移動可能である。
テーブル４は、ワークを載置するテーブル本体４Ａと、テーブル本体４Ａを回動自在に支持するテーブルベース４Ｂと、テーブルベース４Ｂに設置されたモータ４Ｃとを有し、モータ４Ｃの駆動により垂直なＹ軸回りに回転可能である。

〔ガイド機構Ｇ〕
前述した通り、テーブル４はテーブルベッド２に対してＸ軸方向へ移動可能である。ここで、テーブルベッド２は本発明の第１部材であり、テーブル４が第２部材である。そして、テーブルベッド２に対するテーブル４の移動を正確にガイドするために、テーブルベッド２とテーブル４との間には、一対のガイドレール２Ｌ，２Ｒを含むガイド機構Ｇが形成されている。
図２はテーブルベッド２、テーブル４およびガイド機構Ｇの縦断面図であり、図３は図２におけるIII−III線での水平断面図である。

図２および図３において、テーブルベッド２の上面には、ボールねじ軸４０Ｃを挟んで両側に、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール２Ｌ，２Ｒが形成されている。
ガイドレール２Ｌ（図２左側）には、ガイド面として、水平かつ平滑な上面２Ｌ１が形成されている。
ガイドレール２Ｒ（図２右側）には、それぞれガイド面として、水平かつ平滑な上面２Ｒ１および下面２Ｒ３が形成されるとともに、両側に垂直かつ平滑な側面２Ｒ２，２Ｒ４が形成されている。
ガイド機構Ｇにおいては、ガイドレール２Ｌ，２Ｒの上面２Ｌ１，２Ｒ１が水平基準面とされ、ガイドレール２Ｒの一方の側面２Ｒ２が垂直基準面とされており、反対側の側面２Ｒ４が垂直ガイド面とされている。これらの各面によりガイド機構Ｇの移動方向、つまりテーブルベッド２に対するテーブルベース４Ｂの移動方向が規定される。

図２に示すように、テーブルベース４Ｂの下面には凹部４ＢＬおよび凹部４ＢＲが形成されている。凹部４ＢＬおよび凹部４ＢＲには、水平下向きの表面が上面２Ｌ１，２Ｒ１に対向するガイド部材４４，４１が設置されている。
ガイド部材４１の一方の側縁に沿って、垂直な表面が側面２Ｒ２に対向するガイド部材４２が設置されている。ガイド部材４２の下縁に沿って、水平上向きの表面が下面２Ｒ３に対向するガイド部材４３が設置されている。ガイド部材４３は所定間隔で配置された支持部材４３Ｃでテーブルベース４Ｂの下面に支持されている。
ガイド部材４１の他方の側縁に沿ってガイド部材６が設置されている。ガイド部材６の垂直な表面は、垂直ガイド面であるガイドレール２Ｒの側面２Ｒ４に対向されている。
ガイドレール２Ｒは、ガイド部材６とガイド部材４２とにより、水平なＺ軸方向に挟まれている。また、ガイドレール２Ｒは、ガイド部材４１とガイド部材４３とにより、垂直なＹ軸方向に挟まれている。

図３に示すように、ガイド部材４４，４１，４２，４３は、テーブルベース４ＢのＸ軸方向の全長にわたる長尺材とされている。これらは、それぞれガイドレール２Ｌ，２Ｒのガイド面（上面２Ｌ１，２Ｒ１、側面２Ｒ２および下面２Ｒ３）に沿って摺動し、対向する方向の変位を規制する。
ガイド部材４４，４１は、上面２Ｌ１，２Ｒ１との間でテーブル４の荷重を負担する摺動面であるとともに、水平基準面である上面２Ｌ１，２Ｒ１に摺動し、テーブル４がＸ軸方向に移動した際に発生するＹ軸方向の変位、テーブル４のピッチングおよびローリングを規制する。
ガイド部材４２は、垂直基準面である側面２Ｒ２に摺動し、テーブル４がＸ軸方向に移動した際に発生するＺ軸方向の変位、およびテーブル４のヨーイングを規制する。

ガイド部材４３は、ガイド部材４４，４１が水平基準面である上面２Ｌ１，２Ｒ１に確実に摺動するように、ガイドレール２Ｒを反対側から押さえるものであり、従来のガイドプレートやアテイタ等の定厚の摺動部材に相当する。
これらのガイド部材４４，４１，４２，４３は、それぞれ長手方向に一定の厚みに形成された定厚の摺動部材である。
このうち、従来のガイドプレートやアテイタ等に相当するガイド部材４３には、閉回路式の静圧パッド５０（図７参照、詳細は後述する）が設置されており、対向するガイド面に対する摺動は油膜を介して行われる。

一方、ガイド部材４２が垂直基準面である側面２Ｒ２に確実に摺動するように、反対側の垂直ガイド面である側面２Ｒ４とテーブルベース４Ｂとの間にガイド部材６が配置されている。
ガイド部材６は、テーブルベース４ＢのＸ軸方向に延びる長尺材とされ、一対がテーブルベース４ＢのＸ軸方向の各端部からそれぞれ中間部に向けて挿入されている。ここで、ガイド部材６は、先端側（テーブルベース４Ｂの中間部側）から基端側（テーブルベース４Ｂの端部側）に向けて厚み（図３に示す設置状態でＺ軸方向の寸法）が漸増するテーパ状に形成されており、テーブルベース４Ｂに対する挿入位置に応じて対向する側面２Ｒ４（ガイド面）に対する間隔を調整可能である。つまり、ガイド部材６は、従来のテーパギブやクサビ等のテーパ状の摺動部材に相当する。
ただし、本実施形態のガイド部材６には、それぞれ閉回路式の静圧パッド５０（図７参照、詳細は後述する）が設置されており、対向するガイド面に対する摺動は油膜を介して行われる。

〔テーパ状のガイド部材６〕
図４ないし図６には、テーパ状のガイド部材６が示されている。
ガイド部材６は、従来のテーパギブやクサビ等のテーパ状摺動部材のいずれかと同様な形状および寸法に形成され、同テーパ状摺動部材が設置されていた部分に代替設置が可能である。
ガイド部材６は、表面６Ａがガイド面（ガイドレール２Ｒの側面２Ｒ４、垂直ガイド面）に対向される長尺の本体６Ｂを有する。本体６Ｂは、先端側（図４および図５の上側）から基端側（同下側）に漸増するテーパ状を有する。すなわち、図４において、本体６Ｂの上端側から下端側に至るに従って厚みが僅かに大きく形成されている。
本体６Ｂの基端側には表面６Ａとは反対側に取付部６Ｃが形成され、取付部６Ｃにはガイド部材６をテーブルベース４Ｂに固定するためのボルト孔６Ｄが形成されている。
ガイド部材６における以上の構成は、従来のテーパ状摺動部材と同様である。

本発明に基づく構成として、本体６Ｂの表面６Ａには、本体６Ｂの長手方向に所定間隔で複数の静圧パッド５０（図７参照）が嵌め込まれている。
本体６Ｂの内部には、基端側から先端側に向けて穿孔された供給通路６Ｅおよび回収通路６Ｆが形成されている。供給通路６Ｅおよび回収通路６Ｆは、それぞれ本体６Ｂの基端側端面に開口されるとともに、本体６Ｂの内部で静圧パッド５０の供給ポート６１２および回収ポート６４２（図７参照）に連通されている。

〔静圧パッド５０〕
図７および図８には、静圧パッド５０の詳細が示されている。
静圧パッド５０は、円板状の本体５１を有し、その表面５２に静圧キャビティ６０が形成されている。静圧パッド５０は、ガイド部材６の表面６Ａに嵌め込まれ、表面５２の静圧キャビティ６０がガイド面である側面２Ｒ４に僅かな隙間で対向される。
静圧キャビティ６０内に静圧油７１を供給しつつ、静圧キャビティ６０内から静圧油７１を回収するために、本体５１には送油装置７０が接続されている。

静圧キャビティ６０は、本体５１の表面５２に同心円状に形成された外側溝６１および内側溝６２を有し、外側溝６１と内側溝６２との間に区画された静圧面６３と、内側溝６２の内側に区画された降圧面６４と、を備えている。
外側溝６１および内側溝６２は、それぞれ表面５２から数ミリ程度の深さに彫り込まれた矩形断面の環状の凹部である。
静圧面６３および降圧面６４は、表面５２と同じレベルまたは僅かに凹んだ平面である。
静圧面６３には径方向に延びる等圧溝６３１が形成され、外側溝６１と内側溝６２とは等圧溝６３１により連通されている。

外側溝６１には、耐油ゴム等製のリング状のシール部材６５が配置されている。
シール部材６５は、その厚みの半分以上が外側溝６１に収容され、残りの部分が表面５２から突出した状態とされている。
静圧パッド５０は、ガイドレール２Ｒの側面２Ｒ４に対向させた状態で、表面５２と側面２Ｒ４との間には僅かな隙間（数十ミクロン程度）が空けられるが、シール部材６５がその全周にわたって側面２Ｒ４に密接可能である。従って、このシール部材６５により、静圧キャビティ６０の内部は、外部に対して閉鎖された静圧空間とされる。

外側溝６１のシール部材６５より内側の部分には供給孔６１１が形成されている。供給孔６１１は、本体５１の内部通路を介して側面の供給ポート６１２に連通されている。
降圧面６４の中央には回収孔６４１が形成され、回収孔６４１は本体５１の内部通路を介して側面の回収ポート６４２に連通されている。

送油装置７０は、静圧油７１を貯留する油槽７２を有し、油槽７２には供給路７３および回収路７４が接続されている。
供給路７３は、ガイド部材６の供給通路６Ｅを経由して静圧キャビティ６０の供給ポート６１２に接続されており、油槽７２に貯留された静圧油７１をポンプ７５で汲み上げ、静圧キャビティ６０の外側溝６１の内側に圧送可能である。

回収路７４は、ガイド部材６の回収通路６Ｆを経由して静圧キャビティ６０の回収ポート６４２に接続されており、静圧キャビティ６０内の静圧油７１を回収孔６４１から取り出し、油槽７２へと回収可能である。
静圧油７１の取り出しには、供給路７３におけるポンプ７５の動力が利用される。すなわち、静圧キャビティ６０がシール部材６５で外部から閉鎖されているため、供給路７３から圧送された静圧油７１はそのまま回収路７４へ押し出され、油槽７２へと戻される。

これらの静圧キャビティ６０および送油装置７０により、閉回路油静圧式のガイド機構Ｇが構成され、静圧パッド５０をガイド面である側面２Ｒ４に対して静圧隙間を確保することができる。
すなわち、送油装置７０から供給された静圧油７１は、静圧キャビティ６０の外側溝６１に充填され、その全周から内側に向けて、静圧面６３と側面２Ｒ４との僅かな隙間を通って流れる。この際、内側溝６２は等圧溝６３１により外側溝６１と等圧とされており、静圧面６３を通る静圧油７１は、図８下部のグラフのＲ部に示すように最大圧力ＰＲに維持される。つまり、静圧面６３が静圧隙間を確保するためのリセス部となっている。
続いて、内側溝６２に達した静圧油７１は、降圧面６４と側面２Ｒ４との僅かな隙間を通り、回収孔６４１に向かって流れる。この際、回収孔６４１は回収路７４を介して油槽７２内に開放されており、降圧面６４を通る静圧油７１は、図８下部のグラフのＬ部に示すように圧力が降下する。つまり、この降圧面６４がリセス部の圧力を維持するためのランド部となっている。

このような静圧キャビティ６０および送油装置７０を有する静圧パッド５０が表面６Ａに配列されることにより、ガイド部材６は側面２Ｒ４に対して静圧隙間を確保しつつＸ軸方向に移動可能である。
静圧キャビティ６０における静圧隙間を確保した状態は、内部の静圧油７１の圧力および流量を、送油装置７０のポンプ７５の回転動作で変更することによって制御できる。
また、回収路７４に絞り弁などを追加して、静圧キャビティ６０における静圧油７１の状態を調整できるようにしてもよい。
送油装置７０は、ガイド機構Ｇにかかる負荷に応じて、静圧キャビティ６０の静圧油７１の油圧および油量を調整可能である。ガイド機構Ｇにかかる負荷は、例えば、静圧パッド５０に隣接してガイド部材６に荷重センサを埋め込み、シール部材６５と同様にガイド面である側面２Ｒ４に接触させることで、テーブルベッド２とテーブル４との間の荷重として検出することができる。または、ガイド部材６に静圧パッド５０を埋め込む際に、ガイド部材６と静圧パッド５０との間に荷重センサを挟み込むことで、静圧パッド５０にかかる荷重を検出してもよい。

〔定厚のガイド部材４３〕
図９ないし図１１には、定厚のガイド部材４３が示されている。
ガイド部材４３は、従来のガイドプレートやアテイタ等の定厚摺動部材のいずれかと同様な形状および寸法に形成され、それが設置されていた部分に代替設置が可能である。
ガイド部材４３は、表面４３Ａがガイド面（ガイドレール２Ｒの下面２Ｒ３）に対向される長尺の本体４３Ｂを有する。本体４３Ｂは、先端側から基端側まで一定厚みとされている。ガイド部材４３は所定間隔で配置された支持部材４３Ｃでテーブルベース４Ｂの下面に支持されている。
ガイド部材４３における以上の構成は、従来の定厚摺動部材（従来のガイドプレートやアテイタ等）と同様である。

本発明に基づく構成として、本体４３Ｂの表面４３Ａには、本体４３Ｂの長手方向に所定間隔で複数の静圧パッド５０（図７参照）が嵌め込まれている。
本体４３Ｂの内部には、基端側から先端側に向けて穿孔された供給通路４３Ｅおよび回収通路４３Ｆが形成されている。供給通路４３Ｅおよび回収通路４３Ｆは、それぞれ本体４３Ｂの基端側端面に開口されるとともに、本体４３Ｂの内部で静圧パッド５０の供給ポート６１２および回収ポート６４２（図７参照）に連通されている。
静圧パッド５０、これに形成される静圧キャビティ６０、これに静圧油を供給および回収する送油装置７０については、先にガイド部材６に関して図７および図８により説明した通りであるため、重複する説明は省略する。
これらの静圧キャビティ６０および送油装置７０を有する静圧パッド５０が表面４３Ａに配列されることにより、ガイド部材４３は下面２Ｒ３に対して静圧隙間を確保しつつＸ軸方向に移動可能である。

〔ガイド部材４１，４２，４４〕
前述のように、ガイド部材４３は、閉回路式の静圧パッド５０を有する構成とした。
一方、他のガイド部材４１，４２，４４は、それぞれ水平基準面である上面２Ｒ１、垂直基準面である側面２Ｒ２、水平基準面である上面２Ｌ１に対して正確に摺動するように、既存の低摩擦材料で形成された摺動部材とされている。
ただし、これらのガイド部材４１，４２，４４についても、ガイド部材４３と同様に静圧パッド５０を有する構成としてもよい。

〔実施形態の効果〕
以上説明した実施形態では、テーブルベッド２（第１部材）のガイド面（２Ｒ３，２Ｒ４）と、テーブル４（第２部材）のガイド部材（４３，６）との間に、静圧パッド５０による閉回路油静圧式のガイド機構Ｇが構成される。
このガイド機構Ｇにおいては、静圧キャビティ６０内の静圧油７１を介して第１部材と第２部材とが摺動することになり、摺動抵抗を著しく減少させることができる。
その結果、工作機械Ｔの稼働によりガイド面（２Ｒ３，２Ｒ４）およびガイド部材（４３，６）が摩耗することを抑制できる。
なかでも、ガイド部材６は、ヨーイングつまりＹ軸回りの変動の際に狭い面積で大きな力を受けて摩耗し易く、また移動方向に離れた一対の間に切粉などが侵入して摩耗する可能性が高いが、本実施形態では閉回路式の静圧キャビティ６０が形成されることで、摩耗の軽減が図れる。

また、ガイド部材４３においても、ピッチングの際などに狭い面積で大きな力を受けて摩耗し易いが、本実施形態では閉回路式の静圧キャビティ６０が形成されることで、摩耗の軽減が図れる。
このような摩耗の軽減により、稼働の進行に伴って定期的に間隔調整を行う必要がなくなり、初期段階の間隔調整を長く維持でき、従来の油圧式の調整機構などを追加する必要がなくなる。
さらに、本実施形態のガイド部材（４３，６）は、従来のテーパギブあるいはガイドプレートなどの摺動部材に相当する形状とすることができ、既に稼働している工作機械の摺動部材を置き換えること（レトロフィット）により、簡単に実施できる。

本実施形態では、ガイド部材（４３，６）に、シール部材６５を有する閉回路式の静圧キャビティ６０を形成するとともに、送油装置７０を用い、静圧キャビティ６０に静圧油７１を供給し、かつ静圧キャビティ６０から静圧油７１を回収することで、ガイド機構Ｇにおける静圧油７１の溢れ出しを回避することができる。
例えば開放式の静圧軸受を設置すると、そこから周囲に排出される静圧油の量は、従来の潤滑油の量よりはるかに多く、回収が十分にできない等の不都合の可能性がある。
これに対し、本実施形態では、静圧キャビティ６０を閉回路式とすること、つまり、静圧キャビティ６０の周囲にシール部材６５を設けて静圧油７１の周囲への漏れ出しを防止しつつ、送油装置７０を用いて静圧油７１の供給および回収を行うことで、静圧キャビティ６０に供給する静圧油７１をほぼ全て回収でき、静圧油７１の溢れ出しなどの周囲への影響を避けることができる。

本実施形態では、ガイド部材６を、移動方向に延びかつ長手方向に厚みが変化するテーパ状としたので、既存の工作機械の摺動部材であるテーパギブ等に置き換えることができ、静圧隙間の調整に利用できる。また、ガイド部材４１〜４４を、移動方向に延びかつ長手方向に厚みが一定の長尺材としたので、既存の工作機械の摺動部材であるガイドプレート等に置き換えることができる。
このように、本実施形態によれば、既存の工作機械の摺動部材を置き換えることで、本発明を簡単に実施することができる。

本実施形態では、ガイド部材６，４３の供給通路６Ｅ，４３Ｅおよび回収通路６Ｆ，４３Ｆを、それぞれ本体６Ｂ，４３Ｂの基端側端面に開口させ、ここに送油装置７０の供給路７３および回収路７４を接続するようにした。このため、供給路７３および回収路７４となる配管類を、ガイド機構Ｇ部分から外部へ引き出すことが容易にでき、送油装置７０を構成する油槽７２やポンプ７５などに接続することができる。
従って、ガイド機構Ｇの周辺に追加的な装置類が必要なく、コンパクトにできるとともに、既存の工作機械のガイド部材を置き換えて本発明を構成することも簡単に行える。

本実施形態では、ガイド部材６，４３の表面に静圧キャビティ６０を設置するにあたり、円板状の本体５１に静圧キャビティ６０が形成された静圧パッド５０を嵌め込むようにした。このため、静圧キャビティ６０に必要な構造を予め静圧パッド５０として製造しておくことができ、ガイド部材６，４３の製造時には必要な部位に静圧パッド５０を嵌め込むことで静圧キャビティ６０を形成できる。そして、予め静圧パッド５０として製造できるため、同じ形状寸法の静圧キャビティ６０を複数用いる場合には、製造効率の向上およびコスト削減が期待できる。

本実施形態では、静圧キャビティ６０の外周部の静圧面６３に送油装置７０からの静圧油７１が供給され、降圧面６４で内側に向けて圧力低下してゆくため、外周部の広い範囲に内側より高い圧力を分布させることができ、効率よい荷重負担を行うことができる。
本実施形態では、外側溝６１、内側溝６２および等圧溝６３１により、静圧キャビティ６０の外周側に広い面積にわたって一定の静圧が分布する静圧面６３を形成することができる。一方、内側溝６２から回収孔６４１にかけて降圧面６４を形成でき、外側の静圧面６３における静圧を維持できる。そして、外側溝６１、内側溝６２および等圧溝６３１によって静圧面６３および降圧面６４が形成できるので、静圧キャビティ６０を凹状に形成する必要がなくなり、製造を容易にできる。

本実施形態では、シール部材６５が外側溝６１の中に配置されることで、シール部材６５に十分な厚みを確保でき、ガイド面（ガイドレール２Ｌの上面２Ｌ１，ガイドレール２Ｒの上面２Ｒ１，下面２Ｒ３，側面２Ｒ２，２Ｒ４）に圧接されて振動に伴って圧縮および復元される際の十分な弾性変形性能を得ることができる。
一方、供給孔６１１は外側溝６１のシール部材６５より内側に形成されているため、静圧キャビティ６０への静圧油７１の供給に支障がない。
本実施形態では、送油装置７０により、静圧キャビティ６０に供給される静圧油７１の油圧および油量を調整でき、テーブル４（第２部材）とテーブルベッド２（第１部材）との間隔や負担荷重、振動の減衰性能などを調整することができる。とくに、ガイド機構Ｇに大きな荷重が働き、静圧キャビティ６０の静圧油７１の圧力が予め設定された適正油圧を超えて大きくなった際など、送油装置７０の送出圧力を一時的に所定油圧より高め、静圧キャビティ６０への静圧油７１の流入を継続することができ、静圧キャビティ６０内の静圧油７１を適切に維持することができる。

本実施形態では、ガイド機構Ｇを構成するにあたって、静圧キャビティ６０を有する静圧パッド５０をガイド部材６，４１〜４４に設置するようにしたため、静圧パッド５０を共通化し、かつ別途製造することができ、テーブル４に静圧キャビティ６０を直接形成するよりも製造を容易にしつつコストダウンも可能である。

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態において、ガイド部材６，４３に設置する静圧パッド５０は、異なる間隔あるいは配置パターンとしてもよい。例えば、ガイド部材６，４３では、その長手方向へ一列に静圧パッド５０を配列したが、幅広のガイド部材においては、二列以上で配列してもよく、千鳥配置などとしてもよい。また、幅が狭いガイド部材については、小径の静圧パッド５０を用いてもよい。ただし、同じ静圧パッド５０を共用することで、部品管理が容易でコスト低減も図ることができる。

前記実施形態では、ガイド部材６，４３に静圧パッド５０を設けて閉回路油静圧式のガイド機構Ｇを構成したが、他のガイド部材４１，４２，４４についても閉回路油静圧式のガイド機構Ｇとしてもよい。
前記実施形態では、ガイド部材６，４３の本体６Ｂ，４３Ｂに別体の静圧パッド５０を嵌め込むことで、閉回路油静圧式のガイド機構Ｇを構成した。ただし、別体の静圧パッド５０を用いることは本発明に必須ではなく、ガイド部材６，４３の本体６Ｂ，４３Ｂに直接静圧キャビティ６０を形成してもよい。このような静圧キャビティ６０は、ガイド部材６，４３の本体６Ｂ，４３Ｂの表面に、例えば円形や矩形その他の形状の溝加工を施すことで形成できる。このような溝加工による静圧キャビティ６０は、他のガイド部材４１，４２，４４に形成してもよい。
静圧キャビティ６０は、等圧溝６３１により外側溝６１と等圧化された内側溝６２を形成することで、同じ平面を静圧面６３と降圧面６４とを区切ることで形成される構造に限らず、静圧面６３と降圧面６４とを段差状にして形成されるものであってもよい。
静圧キャビティ６０および静圧パッド５０は円形に限らず、多角形状あるいは他の形状であってもよい。
前記実施形態では、複数の静圧キャビティ６０（静圧パッド５０）に対し、送油装置７０から同じ油圧・油量で静圧油７１を供給しているが、供給路７３または回収路７４を静圧キャビティ６０の各々に対して分岐させ、分岐部分にバルブなどを設けることにより、個別に油圧・油量を調整できるようにしてもよい。

本発明は、工作機械のガイド機構、工作機械および工作機械のガイド部材として利用できる。

１…コラムベッド、１Ａ…コラム駆動機構、１Ｂ…モータ、１Ｃ…ボールねじ軸、２…テーブルベッド（第１部材）、２Ｌ…ガイドレール、２Ｌ１…上面（ガイド面、水平基準面）、２Ｒ…ガイドレール、２Ｒ１…上面（ガイド面、水平基準面）、２Ｒ２…側面（ガイド面、垂直基準面）、２Ｒ３…下面（ガイド面）、２Ｒ４…側面（ガイド面、垂直ガイド面）、３…コラム、３Ａ…コラムベース、３Ｂ…コラム本体、４…テーブル（第２部材）、４Ａ…テーブル本体、４Ｂ…テーブルベース、４ＢＬ，４ＢＲ…凹部、４Ｃ…モータ、４０Ａ…テーブル駆動機構、４０Ｂ…モータ、４０Ｃ…ボールねじ軸、４０Ｄ…ナット部材、４１，４２，４４…他のガイド部材、４３…定厚のガイド部材、４３Ａ…表面、４３Ｂ…本体、４３Ｃ…支持部材、４３Ｅ…供給通路、４３Ｆ…回収通路、５…主軸ヘッド、５Ａ…ヘッド本体、５Ｂ…主軸、５Ｃ…回転駆動機構、５０…静圧パッド、５１…本体、５２…表面、６…テーパ状のガイド部材、６Ａ…表面、６Ｂ…本体、６Ｃ…取付部、６Ｄ…ボルト孔、６Ｅ…供給通路、６Ｆ…回収通路、６０…静圧キャビティ、６１…外側溝、６１１…供給孔、６１２…供給ポート、６２…内側溝、６３…静圧面、６３１…等圧溝、６４…降圧面、６４１…回収孔、６４２…回収ポート、６５…シール部材、７０…送油装置、７１…静圧油、７２…油槽、７３…供給路、７４…回収路、７５…ポンプ、Ｇ…ガイド機構、Ｔ…工作機械。

Claims (12)

1. 工作機械の第１部材に対して第２部材を所定の移動方向にガイドする工作機械のガイド機構であって、
   前記第１部材に形成されかつ前記移動方向に沿って延びるガイド面と、
   前記第２部材に形成されかつ前記ガイド面に対向配置されたガイド部と、
   前記ガイド面および前記ガイド部の前記ガイド面に対向する表面の一方もしくは両方に形成されかつ周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティと、
   前記静圧キャビティに静圧油を供給しかつ前記静圧キャビティから前記静圧油を回収する送油装置と、を有することを特徴とする工作機械のガイド機構。
2. 前記ガイド部は、前記第２部材に装着された別体のガイド部材であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械のガイド機構。
3. 前記第１部材は、前記移動方向に延びかつ側面に垂直基準面および垂直ガイド面が形成されたガイドレールを有し、
   前記第２部材は、前記垂直ガイド面と対向しかつ前記移動方向に離れて配置された一対の前記ガイド部材を有し、
   前記ガイド部材は、それぞれ前記移動方向に延びかつ長手方向に厚みが変化するテーパ状に形成された長尺材で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の工作機械のガイド機構。
4. 前記第１部材は、前記移動方向に延びかつ上面および下面に水平ガイド面を有し、上面で前記第２部材の荷重を支持するガイドレールを有し、
   前記第２部材は、前記下面の前記水平ガイド面との間に、前記移動方向に延びる前記ガイド部材を有し、
   前記ガイド部材は、前記移動方向に延びかつ長手方向に厚みが一定の長尺材で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の工作機械のガイド機構。
5. 前記送油装置は、前記ガイド部材の長手方向の端面に接続されることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の工作機械のガイド機構。
6. 前記送油装置は、前記静圧キャビティの外周側に前記静圧油を供給し、前記静圧キャビティの中心部から前記静圧油を回収することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の工作機械のガイド機構。
7. 前記静圧キャビティは、同心円状に形成された外側溝および内側溝と、前記外側溝に形成された供給孔と、前記外側溝と前記内側溝とを連通する等圧溝と、前記外側溝と前記内側溝との間に形成された静圧面と、前記内側溝より内側に形成された降圧面と、前記降圧面の中心に形成された回収孔と、を有し、
   前記供給孔に前記送油装置から前記静圧油が供給され、前記回収孔から前記送油装置へと前記静圧油が回収されることを特徴とする請求項６に記載の工作機械のガイド機構。
8. 前記外側溝には前記シール部材が配置され、前記供給孔は前記外側溝の前記シール部材より内側に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の工作機械のガイド機構。
9. 前記送油装置は、前記ガイド機構にかかる負荷に応じて、前記静圧キャビティの前記静圧油の油圧および油量を調整可能であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の工作機械のガイド機構。
10. 前記ガイド部の前記ガイド面に対向する表面には静圧パッドが嵌め込まれ、
    前記静圧キャビティは、前記静圧パッドに形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の工作機械のガイド機構。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のガイド機構を有する工作機械。
12. 工作機械の第１部材に対して所定の移動方向に移動する第２部材に装着され、前記第１部材に形成されて前記移動方向に沿って延びるガイド面に対向配置された工作機械のガイド部材であって、
    前記ガイド面に対向する表面に形成されかつ周囲にシール部材が配置される閉回路式の静圧キャビティを有し、
    外部の送油装置から前記静圧キャビティに静圧油が供給される供給経路と、前記静圧キャビティから前記送油装置に前記静圧油を回収する回収経路と、を有することを特徴とする工作機械のガイド部材。

Images