JP3091118B2 - 工作機械用の立体骨組 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、工作機械の
ような機械に関し、特に、工作機械用の軽量で剛性のあ
る立体骨組（space frame ）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械により実行される多くの作業ないし
は動作は、機械構成要素又は工作物の正確な操作又は取
扱いを確保するためには、機械の要素間の位置精度を高
精度とする必要がある。例えば、工作機械構造体は、一
般的に、切削工具と工作物との間の正確な相対位置を維
持するために極めて剛であることが必要とされる。これ
は、従来、必要な剛性を有する塊状鋳造物又は溶接物
（massive castings or weldments ）を用いることによ
り達成されてきた。

【０００３】これらの機械構成要素の重量或いは質量
は、機能上及び設計上の性能ないしは能力を制限するの
で、問題となるものである。例えば、塊状鋳造物又は溶
接物は、或る最新の機械加工の必要条件に適合するのに
十分な速度或いは加速度で動作することができない。更
に、最新の機械加工動作の多くは工具の複雑な動きを必
要とし、これに対応する塊条構造体の操作は機械の機能
及び精度を大いに制限する。しかし、より軽量の構造体
が用いられたならば、機械の剛性が犠牲とされ、機械加
工動作の精度が低下する。剛性の不十分な構造体は機械
動作に不安定さを与える原因となり、工具のチャタリン
グのような望ましくない影響を引き起こすおそれがあ
る。

【０００４】また、機械加工される要素についての許容
誤差の条件は絶えず強くなっているので、不安定さや精
度の欠如は尚更受け入れがたいものとなる。より精度を
高めることについての要請に加えて、工具の高速度化及
び高加速度化を必要とする製造効率の向上に関する要請
も常にある。例えば、切削工具が小さな半径で素速く移
動される場合には、迅速な加速が必要とされる。しか
し、このように既存の工作機械構造体を正確に加速する
ことは、鋳造物又は溶接物の質量のために、或いは、軽
量の従来構造体における構造上の剛性の欠如のために、
困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、全体の質量を減
じると共に少なくとも或る機械動作に対しては十分な剛
性を維持することのできる固定骨組（stationary frame
works ）が組み込まれた工作機械が幾つかある。例え
ば、少なくとも一つのデザイン（設計構造）では、閉モ
ノコックボディタイプ（closed monocoque body type）
の支持構造体が組み込まれている。このデザインは、横
部材（cross pieces）に連結された垂直のサポートを含
む外側固定骨組を有している。この構造体の内部空間
は、機械の作業ゾーンであり、そこを通る工具ヘッド及
び摺動テーブルの動きを許容するのに十分な寸法とされ
ている。しかしながら、このデザインは、不正確な機械
加工を引き起こす撓みを防止するのに十分に堅固な工具
ヘッドと工作物プラットホームと共に動作させなければ
ならない比較的大きい固定骨組により、制限が残されて
いる。この固定骨組は、機械構成要素と共に移動するよ
う設計された軽量骨組を提供するというよりはむしろ、
積込み重量（shipping weight ）を減じるよう設計され
たものである。

【０００６】他のデザインでは、工作機械用の固定骨組
は四面体構造体の形態で提供されている。このデザイン
もまた、積込み重量を減ずる大きな固定骨組を用いてい
るが、取り付けられた機械構成要素と共に移動すること
はできない。実際の工具ヘッドと工作物ホルダは、この
大きな四面体骨組内に配置され、この骨組が静止状態で
維持されている間に操作される。このタイプのデザイン
における他の問題点は、骨組が工具ヘッドから工作物サ
ポートへの力の伝達により曲げ応力を受けるという点で
ある。これは、正確な機械加工動作には許容できないも
のである。

【０００７】更に他のデザインにおいては、実質量を減
ずるが工作機械の骨組全体に剛性を与えるために、外部
固定八面体工作機械骨組（external stationary octahe
dralmachine tool frame ）が用いられている。このデ
ザインにおいて、外部八面体骨組はワークテーブル及び
サーボストラットの両者を支持し、サーボストラットは
更にスピンドルヘッドを支持している。このデザイン
は、機械における要素間の位置的安定度を維持すること
のできる軽量で剛性のある可動トラスベース骨組を開示
するものではない。この外部八面体骨組は積込み重量を
減じるが、可動質量を減じるので、機械の性能を向上さ
せない。

【０００８】本発明は、現在入手可能な機械のデザイン
における種々の問題点に鑑みてなされたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、工作
物上で選定された作業を行うように設計された工作機械
等の機械のための可動剛構造骨組装置（moving rigid s
tructural framework system）を特徴としている。この
骨組装置は軽量立体骨組から成り、この立体骨組は、相
互連結されたストラットと節（node）とを有し、機械構
成要素を移動可能とするが位置的精度は維持することの
できる剛の骨組構造を提供する。重量を減じたことによ
り、この立体骨組は高速且つ急速加速で動作することが
できる。

【００１０】一実施態様によれば、骨組装置は、工作物
と協働する第１の工作機械構成要素と、第１の立体骨組
とを備えている。立体骨組は、工作機械構成要素にしっ
かりと取り付けられた一群の取付ストラットを含んでい
る。取付ストラットは、工作機械構成要素から外方に延
び、複数の外側連結部で終端している。また、立体骨組
は、その少なくとも幾つかが外側連結部から延びている
一群のサポートストラットを含んでいる。サポートスト
ラットは、当該サポートストラットと取付ストラットの
いずれにも殆ど曲げを生ずることなく、工作機械構成要
素に対して作用する力を相殺するように相互連結されて
いる。

【００１１】本発明の他の面によれば、剛構造骨組装置
は、工作物と協働する第２の工作機械構成要素を含んで
いる。第２の工作機械構成要素には立体骨組がしっかり
と取り付けられており、アクチュエータ装置がこの第２
の立体骨組を第１の立体骨組に連結するようになってい
る。アクチュエータ装置は、第１の立体骨組を所定の経
路に沿って第２の立体骨組に対して移動させる。

【００１２】本発明の更に別の面によれば、工作機械
は、ベースと、このベースに設けられた工作物サポート
とを備えている。第１の立体骨組は工作物サポートに取
り付けられ、第２の立体骨組は第１の立体骨組から離隔
して配置されている。スピンドルを有する工具ホルダの
ような工作機械構成要素は、第２の立体骨組に設けられ
ている。複数本の伸長可能な脚が第１の立体骨組を第２
の立体骨組に連結するようになっている。各伸長可能な
脚の伸長は、工作機械構成要素を所望の経路に沿って工
作物サポートに対して移動するよう制御可能となってい
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説
明するが、図中、同一の参照符号は同一の要素を示すも
のとする。

【００１４】本発明は、一方の構成要素に対する他方の
構成要素の所望の速度や加速度を犠牲にすることなく、
位置的精度を構成要素間で維持しなければならない機械
において用いられる可動のトラスベース立体骨組（trus
s-based space frame ）を包含するものである。本発明
による立体骨組は、節により結合されたストラットから
作られており、これが取り付けられた機械の構成要素に
対して及ぼされる力を、撓みを殆ど生じることなく、相
殺するように構成されている。これらの立体骨組は、特
定の用途に応じて、単独で或いは他のものと組み合わせ
て用いられ得る。例えば、従来一般の工作機械において
は、単一の立体骨組をスピンドルに取り付けることがで
き、直立コラムに沿っての垂直移動及びベッドに沿って
の水平移動のいずれも可能なように設置することができ
る。本発明の軽量で可動の立体骨組は種々の機械に適用
できるが、以下の説明は、２つの立体骨組が最新の多軸
制御工作機械（multi-axis machine tool ）に用いられ
るという好適な実施例についてなされている。この好適
な実施例の説明は、本発明のより広い概念及び用途を制
限するものとして解釈すべきものではない。

【００１５】まず、図１〜図３に沿って全体的に説明す
る。これらの図には、機械１０の好適な実施例が、２つ
のトラスベース立体骨組、即ち下部立体骨組１２と上部
立体骨組１４とが組み込まれた状態で示されている。勿
論、立体骨組１２，１４は色々な形態で作ることがで
き、また、他の色々な装置、即ち、硬い曲げ剛性部材
（rigid, flexurally stiff member）が機械の異種の要
素間での位置的安定性を維持するのに必要とされ且つ中
実のフレームメンバの質量が機械の動作に悪影響を与え
るおそれのある他の色々な装置で用いられ得る。

【００１６】更に、図示実施例の立体骨組は、単に説明
の目的だけで下部立体骨組１２と上部立体骨組１４と称
されていることに注意されたい。これは、一方の立体骨
組に対する他方の立体骨組の位置を制限するものとして
解してはならない。

【００１７】図示実施例において、立体骨組１２，１４
は、フライス削り（milling ）、中ぐり（boring）、き
りもみ（drilling）或いは仕上げ（finishing ）等の種
々の機械加工を容易化するための機械１０（以下、「工
作機械１０」という）に用いられる。工作機械１０はベ
ース１６を備えており、このベース１６には、工作機械
構成要素、例えば工作物サポート１８が好ましくは取付
ストラット１８によって取り付けられている（図２参
照）。立体骨組１２は工作物サポート１８にしっかりと
取り付けられている。この立体骨組１２は、ベース１６
に取り付けられ得るが、多くの場合、工作物サポート１
８に直接的に且つ単独で取り付けられることが好まし
い。

【００１８】立体骨組１４は、立体骨組１２から分離し
て配置されており、工具ホルダ２０のような他の工作機
械構成要素にしっかりと取り付けられている。典型的に
は、工具ホルダ２０は、カッタや他の機械加工工具（図
示せず）を把持し回転させるよう形成されたスピンドル
２２を含んでいる。立体骨組１２及び立体骨組１４は、
図示実施例では複数の伸長可能な脚２６を備えるアクチ
ュエータ機構２４により、互いに対して移動される。し
かし、より一般的な工作機械においては、１つの或いは
複数の立体骨組を、電動モータにより駆動されるボール
ねじ及びボールナットのようなアクチュエータ機構によ
って、支柱又はベッドに取り付けることとしてもよい。
かかる場合、アクチュエータ機構はベッド又は支柱に対
して立体骨組を移動させる。更に、工作機械１０は、１
個以上のカウンタバランス２８、好ましくは立体骨組１
４とベース１６との間で連結されたカウンタバランス２
８を含んでいてもよい。

【００１９】図１及び図２に最も明瞭に示される立体骨
組１２を特に参照すると、一群の取付ストラット３０が
工作物サポート１８にしっかりと取り付けられ、そこか
ら外方に延びている。各取付ストラット３０は、図示実
施例ではハウジング３４を含む外側連結部３２を有して
いる。各ハウジング３４は、支持クロスストラット３６
により隣合うハウジング３４と相互連結されるのが好適
である。図示実施例において、取付ストラット３０及び
クロスストラット３６は実質的に一つの水平面内に置か
れているが、この面はほぼ全ての向きに置くことがで
き、また、ストラットの相対的配列は特定の用途に従っ
て変更することができる。

【００２０】更に、複数の支持ストラット３８が、複数
の連結部ないしは節４０にて結合するよう、ハウジング
３４からほぼ下方且つ内方に延びている。好適な実施例
においては、連結部４０は３つあり、それぞれが連接サ
ポートストラット（linkingsupport strut ）４２によ
り隣合う連結部４０に連結されている。しかるに、図示
実施例では、９本の支持ストラット３８により相互連結
された６つのハウジング３４と３つの連結部４０とがあ
る。即ち、３本の支持ストラット３８が各連結部４０か
ら隣接のハウジング３４に延びている。また、少なくと
も１本の工作物サポートストラット４４が、各連結部４
０と工作物サポート１８との間に延び、立体骨組１２内
で工作物サポート１８をしっかりと固定するのを補助し
ている。

【００２１】このような全体構成の立体骨組１２におい
ては、種々のストラットが、立体骨組を硬く撓むことの
ない形態で維持する三角形パターンで、配置されてい
る。工作物サポート１８又は伸長可能な脚２６のいずれ
かによって力が立体骨組１２にかかった場合でも、三角
形ストラットパターンは、ストラットを撓ませ立体骨組
１２の全体形態を変形させる傾向のある曲げ荷重を許容
するというよりはむしろ、実質的に圧縮又は引張りにお
いてこれらの力を無効とすることができる。

【００２２】立体骨組１４も同様であり、工具ホルダ２
０にしっかりと取り付けられそこから外方に延びる一群
の取付ストラット４８を含んでいる。各取付ストラット
４８は、図示実施例ではハウジング５２を含む外側連結
部５０を有している。各ハウジング５２は、支持クロス
ストラット５４により隣合うハウジング５２と相互連結
されるのが好適である。図示実施例において、取付スト
ラット４８及びクロスストラット５４は、脚２６が等し
く伸ばされている場合、実質的に一つの水平面内に置か
れる。しかし、この面はほぼ全ての向きに置くことがで
き、また、ストラットの相対的配列は特定の用途に従っ
て変更され得る。

【００２３】更に、複数の支持ストラット５６が、複数
の連結部ないしは節５８にて結合するよう、ハウジング
５２からほぼ上方且つ内方に延びている。（上方及び下
方なる語は、図示実施例の説明を容易にするためにのみ
用いられており、ストラットの別の向きを制限するもの
と解してはならない。）好適な実施例においては、連結
部５８は３つあり、それぞれが連接サポートストラット
６０により隣合う連結部５８に連結されている。しかる
に、図示実施例では、９本の支持ストラット５６により
相互連結された６つのハウジング５２と３つの連結部５
８とがある。即ち、３本の支持ストラット５６が各連結
部５８から隣接のハウジング５２に延びている。また、
少なくとも１本の工具ホルダストラット、好ましくは１
対の工具ホルダサポートストラット６２が、各連結部５
８と、工具ホルダ２０にしっかりと連結された取付プレ
ート６３との間で延びている（図４参照）。この構成は
立体骨組１４内で工具ホルダ２０をしっかりと固定す
る。

【００２４】このような全体構成の立体骨組１４におい
ては、種々のストラットが、立体骨組を硬く撓むことの
ない形態に維持する三角形パターンで、配置されてい
る。工具ホルダ２０又は伸長可能な脚２６のいずれかに
よって力が立体骨組１４にかかった場合でも、三角形ス
トラットパターンは、ストラットを撓ませ立体骨組１４
の全体形態を変形させる傾向のある曲げ荷重を許容する
というよりはむしろ、実質的に圧縮又は引張りにおいて
これらの力を無効とすることができる。

【００２５】また、立体骨組１４は、各カウンタバラン
ス２８について１つの取付ブラケット６４を備えてい
る。好ましくは、各取付ブラケット６４はＵ溝部材のよ
うな１対のブレース（brace ）６６を含み、これらは２
つの隣接のハウジング５２から取付部６８に延びてい
る。また、第２の対のブレース７０が取付部６８から１
対の隣接の連結部５８に延び、立体骨組１４に対して関
連のカウンタバランス２８をしっかりと保持するように
するのが好適である。図示実施例においては、３つのカ
ウンタバランス２８と３つの対応の取付ブラケット６４
とがあり、これらは立体骨組１４の回りに互いにほぼ等
距離に配置されている。各取付部６８は、クランプや溶
接、ボルトのような種々の締結手段により、対応のカウ
ンタバランス２８に連結されるとよい。

【００２６】立体骨組１２，１４において、ストラット
の大部分は、外壁と中空の内部とを有する管状であるこ
とが好適である。この管状デザインは、中実のストラッ
トと同じ断面積を規定しているが、ストラット外径は大
きくされている。このように径を大きくしたことによ
り、ストラットの安定性（stability ）は増し、座屈は
防止される。外壁の厚さと外径は、特定の立体骨組用途
に応じて最適化され得る。しかし、Ｔ型ストラット、Ｉ
型ストラット或いはＵ型ストラット等の他の色々なスト
ラット型式を用いてもよい。実際、図示実施例において
は、立体骨組１４が立体骨組１２に対して移動される場
合にカウンタバランス２８について更なる間隙を与える
よう、互い違いのクロスストラット３６，５４は平坦な
いしはＴ字状であることが好ましい。

【００２７】工作物サポート１８及び工具ホルダ２０は
一般的に工作機械構成要素と称することができる。これ
らの工作機械構成要素は入れ替えることができ、また、
色々な構成を有することができる。例えば、図示実施例
では、工作物サポート１８とこれに取り付けられた工作
物とは静止状態で保持され、工具が取り付けられた工具
ホルダ２０は、工作物の回りを移動して種々の機械加工
を行うようになっている。しかしながら、工具ホルダ２
０は立体骨組１２内に配置し、工作物サポート１８及び
対応の工作物は立体骨組１４内に配置することとしても
よい。更に、これらの工作機械構成要素は、機械１０に
より実行される作業の種類に応じて、工作物サポートや
工具ホルダ以外の様々な構成要素とすることができる。

【００２８】好適な実施例において、ベース１６は、３
本の径方向に延びる脚７２を有しており、これらの脚７
２には工作物サポート１８が取り付けられている。多く
の用途において、立体骨組１２は工作物サポート１８に
しっかりと且つ単独で取り付けられる。これは、工作物
サポート１８がベース１６に対して撓み或いは移動した
場合、立体骨組１４に対する立体骨組１２のねじれを防
止する助けとなる。工作物サポート１８にはパレット７
４、即ち工作物保持固定具７４がしっかりと取り付けら
れているが、保持されるべき工作物のタイプに応じて種
々の形状又は形態に形造られてもよい。時として、パレ
ット７４は、図２の破線で示すように、物体又は工作物
７５を固定するため種々のクランプ或いは拡張部分を備
える。

【００２９】同様に、立体骨組１４内に設けられる工具
ホルダ２０のような工作機械構成要素は、当該立体骨組
内でしっかりと取り付けられる。立体骨組１４の構成
は、立体骨組１２と同様に、工具ホルダ２０を立体骨組
１４に対して正確な位置に維持し、迅速で精密な機械加
工作業が、立体骨組１２，１４を相対的に動かすことで
実行され得るようにしている。立体骨組１４におけるス
トラットの三角形配列はそれを大いに堅固にものとし、
スピンドル２２とこれに取り付けられた工具とが工作物
上の厳密な加工ポイントに正確に、確実に且つ迅速に移
動できるようにしている。

【００３０】アクチュエータ機構２４は、所定の経路或
いはプログラムされた経路に沿って、立体骨組１４を立
体骨組１２に対して移動させ、所望の機械加工を行わせ
る。好適な実施例において、このアクチュエータ機構
は、複数本の脚、例えば図１〜図４に示される６本の脚
から構成されている。色々な型式及び数の伸長可能な脚
２６を用いることができるが、この好適な実施例では、
３対のほぼ十字に交差した脚の形態で配列された６本の
脚が設けられている。これは、スピンドル２２を６本の
異なる軸線に沿って工作物に対して移動させることを可
能とし、複雑な機械加工動作を許容する。脚の交差によ
り、立体骨組１２と立体骨組１４との間の安定性が向上
される。

【００３１】各伸長可能な脚２６は、立体骨組１２のハ
ウジング３４と立体骨組１４の対応のハウジング５２と
に枢動可能に設けられている。脚は色々な方法でハウジ
ング内に取り付けることができるが、対応のジンバル７
６に枢動可能に設けられるのが好適である。

【００３２】伸長可能な脚２６は、空気圧シリンダ、油
圧シリンダ、プーリ配列又はボールねじ機構を備えるの
がよい。図５〜図７には或る好適な型式の伸縮可能な脚
が示されており、これはボールねじ機構を備えている。
概略的に述べるならば、回転可能なボールねじ７８に
は、参照符号８０で総括的に示される固定プラットホー
ムヨーク組立体（stationary platform yoke assembly
）が設けられている。また、ナット管８２がボールね
じロッド７８を囲み、これに複数の循環ボール８４を介
して機能的に連結されている。このナット管８２は、符
号８６により総括的に示される可動プラットホームヨー
ク組立体に連結されている。ヨーク組立体８０，８６
は、立体骨組１２，１４の対応のジンバル７６に連結さ
れている。ボールねじ７８は、ヨーク組立体８０に連結
されたブラケット９０上に設置された油圧モータ又は電
動モータ８８により回転される。モータ８８はまた、対
応のハウジング３４に設置されてもよい。モータ８８は
出力軸９２を有しており、この出力軸９２は、当該出力
軸９２とボールねじ７８とにそれぞれ取り付けられたプ
ーリ間で動作する歯付きベルト９４により、ボールねじ
７８に連結されている。ボールねじ７８は１対のスラス
ト軸受９６内でジャーナル支持されており、これらの軸
受け９６は、固定プラットホームヨーク組立体８０の一
部を形成するモータフォーク（motor fork）９８と関連
されるケージ内に設けられている。また、ベローズ１０
０の一端がナット管８２に連結され、他端が、モータフ
ォーク９８に連結される管１０２に連結されている。

【００３３】ボールねじ７８がモータ８８により回転さ
れると、ナット管８２は、ボールねじ７８の回転方向に
従う方向に、ボールねじ７８の長手方向に沿って移動す
る。その効果は、ヨーク組立体８０，８６間の距離を伸
縮させることにあり、それにより脚の有効長さを変化さ
せる。

【００３４】図６〜図８を特に参照すると、可動プラッ
トホームヨーク組立体８６はＵ字状フォーク１０４を備
えており、このフォーク１０４は、ナット管８２に連結
されると共に、ねじ７８が通る中央開口１０６を有して
いる。フォーク１０４からは保護管１０８がねじ７８の
外側に沿って延びている。フォーク１０４のサイドアー
ム１１０，１１２は軸受ホルダ１１４を取り付けてお
り、このホルダ１１４は、ブロック１１８の相対する側
面の凹部にスラスト軸受１１６の内レースを保持するも
のである。図７に示すように、ブロック１１８は中央開
口１２０を有しており、この開口１２０はその中央点か
らブロック１１８の両端に向かって広がっている。ブロ
ック１１８の他の２つの側面は、軸受リテーナ１２６に
より適所に保持されたスラスト軸受１２４を受ける軸受
凹部１２２を有している。軸受リテーナ１２６は、可動
プラットホームに取り付けられた第２のフォークにおけ
る互いに離隔されたアーム１２８に設けられている。構
成上の理由により、２つのフォークは互いに９０度で配
置されている。

【００３５】理解されるであろうが、ヨーク組立体８６
は、軸受１２４を通る軸線を中心とする回転運動と、軸
受１１６を通る軸線を中心とする回転運動とを許容す
る。開口１２０のフレア形状は後者の回転運動を許容す
る。更に、上部のヨーク組立体８６は、当該ヨーク組立
体８６に対するボールねじナットのその軸線を中心とし
た回転を抑制する。固定プラットホームヨーク組立体８
０の構成及び作動は、可動プラットホームヨーク組立体
８６について述べたものと同様である。

【００３６】この動力付きの脚の、端部ではなく、長手
方向に沿う点にてのヨーク組立体の取付けによって、脚
が移動した際、ヨーク組立体間の最小距離に対する最大
距離の比を相当に大きくする。

【００３７】ナット管８２には、ボールについてのケー
ジの近傍に、第１の近接スイッチ１３０が設けられてい
る。また、第２の近接スイッチ１３２が保護管１０８の
端部の近傍に設けられている。近接スイッチ１３０，１
３２は、ボールねじロッド７８がその許容動作の限界点
に達した時に、その動きを停止させるよう用いられる。
即ち、ボールねじ７８の端部が近接スイッチ１３２の状
態を変化させた場合、動力付き脚は所定の動作限界に短
縮されたこととなる。図５に示される状態は短縮側動作
限界に近い状態である。他方、ボールねじ７８の端部が
近接スイッチ１３０の状態を変化させた場合、動力付き
脚の長さは所望の最大限界に伸ばされたこととなる。い
ずれの場合においても、近接スイッチ１３０，１３２は
モータ８８の継続的な駆動を防止する。

【００３８】また、カウンタバランス２８は、立体骨組
１２に対する立体骨組１４の重量を無効とするのを助け
るための構成として、種々の構成に作ることができる。
しかし、カウンタバランス２８の好適な構成は図８に示
されるようなガススプリングである。この場合、外側シ
リンダ１３６が取付部６８に取り付けられており、その
中にガイド１３８が摺動可能に受け入れられている。ガ
イド１３８はロッド１４０に連結され、ロッド１４０
は、シール１４４を有する軸受１４２を通して摺動する
ようになっている。シール１４４は、流体、好ましくは
窒素ガスのような加圧ガスを外側シリンダ１３６の中空
の内部に保持する。

【００３９】ガイド１３８は、ロッド１４０と共にシリ
ンダ１３６内で移動できるように、長手方向に貫通する
大きな開口１４６を有している。基本的には、ガイド１
３８はシリンダ１３６内でのロッド１４６の動きを容易
化し、カウンタバランス２８がガススプリングとして機
能し得るようにしている。立体骨組１４に対する立体骨
組１２の移動により、ロッド１４０が更にシリンダ１３
６内に押動された場合、シリンダ１３６の内部容量は減
じられ、ガスは更に加圧される。この更なる加圧により
ロッド１４０は反対方向に偏倚され、ばね効果を生ず
る。

【００４０】更に、ロッド１４０は、その末端に取り付
けられたクレビス１４８により、ベース１６に枢動可能
に取り付けられている。クレビス１４８は、ベース１６
上に設けられたボス１５０に取り付けられるのが好適で
ある。クレビス１４８はピン１５２によりボス１５０に
枢動可能に取り付けられるのがよい（図２参照）。

【００４１】各脚２６の伸縮を制御することにより、ス
ピンドル２２及び切削工具は工作物に対して所定の経路
に沿って移動され得る。６本の脚は少なくとも６本の軸
線（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ）を提供し、これらの軸線
に沿って切削工具が移動される。脚及び切削工具の動作
は、通常、切削工具と工作物の互いに対するＸ，Ｙ，
Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ座標に関する命令ブロックを提供するよ
うに設計されたコンピュータ制御システムにより制御さ
れる。工作機械１０を制御するためには次に示すような
方法をプログラムすることができる。その工程は論理的
な順序で配列され、以下のように概説できる。

【００４２】Ｉ． 現時点の装置のＸ，Ｙ，Ｚ，Ａ，
Ｂ，Ｃ座標値を初期化する。 ＩＩ． ６本の脚のそれぞれについて、 Ａ．上部ピボット及び下部ピボットベクトル座標値（to
p and bottompivot vector coordinates）を初期化す
る。 Ｂ．現時点の脚の長さを算出し初期化する。 Ｃ．現時点の脚の長さについてＸ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ
のホームポジションを定義する。 ＩＩＩ．サブブロックタイムを、動作の所望の線形性及
び精度を達成するのに十分に短かく（通常、０．０２〜
０．００４秒）セットする。 ＩＶ． 各部分プログラムについて、 Ａ．各ブロックについて、 １．部分プログラムから、機械の目標座標値Ｘ，Ｙ，
Ｚ，Ａ，Ｂ，Ｃ座標及び送り速度を読み込む。 ２．送り速度とサブブロックタイムを用いて、ブロック
目標に到達するのに必要とされるサブブロックの数を計
算する。 ３．各サブブロックについて、 （ａ）６つの座標値のそれぞれについて、 １．現在値＝前のサブブロックの最終値 ２．最終値＝（目標値−現在値）／残りのサブブロック
の数＋現在値 （ｂ）６つの座標の最終値を用いて、サブブロックの最
終ベクトルを形成する。 （ｃ）各脚について、 １．上部ピボットベクトルを、現在のサブブロックにつ
いての最終角度に回す。 ２．その結果をサブブロック最終ベクトルを加える。 ３．その結果から下部ピボットベクトルを引く。 ４．工程（Ｃ）（３）の結果の座標値の平方の合計の平
方根を求めることにより、最終の脚の長さを算出する。 ５．その最終の脚の長さを、最も近い整数サーボ位置コ
マンドカウント（integral servo position command co
unt ）に変換する。 ６．その位置カウントをサーボコマンドバッファに送
る。 ７．１つのサブブロックタイムにおいて新たな脚の長さ
に達するのに必要とされる脚の速度を算出する。 ８．その脚の速度を最も近い整数サーボコマンドカウン
トに変換する。 ９．速度カウントをサーボコマンドバッファに送る。 （ｄ）サブブロック開始コマンドを全ての脚サーボに同
時に送る。 Ｂ．サブブロックが残っていない場合、１つのブロック
が終了される。 Ｖ． 部分プログラムにブロックが残っていない場
合、タスクが終了される。

【００４３】現時点の機械の初期化は、工作機械分野に
おいてグリッディング（gridding）として知られている
方法である。それは、工具の先端及び工作物の立方体の
中心が一致するホームポジションを確立する。

【００４４】上部ピボットベクトルは、特定の脚につい
ての上部ピボット点に対する工具先端のベクトルであ
る。下部ピボットベクトルは、特定の脚についての下部
ピボットに対する工作物立方体の中心のベクトルであ
る。上部ピボットベクトルは固定長さで維持されるが、
Ａ，Ｂ，Ｃ座標値を通って回すことができる。

【００４５】以上の説明は本発明の好適な実施例につい
てであり、本発明は図示の特定の形状に限定されないこ
とは理解されるであろう。例えば、立体骨組を構成する
種々のストラットは、特定の用途に応じて、色々な形態
ないしは構成に配列することができる。更に、単一の立
体骨組を中実のプラットホームと共に用いることがで
き、或いは、単一の立体骨組を従来一般の工作機械にお
ける中実の可動要素と交換するように形成することもで
きる。また、本発明の範囲は、好適な図示実施例のみな
らず、様々な機械での立体骨組の使用をも含んでいる。
例えば、機械の要素間の位置的安定度及び剛性を維持し
つつ質量を減じることが望まれる色々な状況において、
この立体骨組は用いられ得る。更に、ストラットは、種
々の材料から色々な形態に作ることができる。また、ベ
ース、カウンタバランス及びアクチュエータ機構は全て
特定の状況に適合するように調整又は変更することがで
き、例えば、伸長可能な脚は多くの用途に対して十字形
の対で必要とされない。要素のデザイン及び配列におけ
るこのような変更及びその他の変更は、特許請求の範囲
に記載された発明の範囲から逸脱することなく、なされ
得るものである。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、機
械構成要素を移動可能とするが、位置的精度をも維持す
ることのできる剛の骨組構造を提供することができる。
重量を減じたことにより、この立体骨組は高速且つ急速
加速で動作することができ、最新の機械加工分野におけ
る要請にも十分に応えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な形態に従った立体骨組を有する
工作機械の斜視図である。

【図２】図１に示す機械の正面図である。

【図３】図１に示す機械の側面図である。

【図４】図１に示す機械の平面図である。

【図５】図２の５−５線に沿っての断面図である。

【図６】プラットホーム又はサポートに動力付き脚を連
結するためのヨーク組立体の一つを示す部分長手方向断
面図である。

【図７】図５の７−７線に沿っての断面図である。

【図８】図２の８−８線に沿っての断面図である。

【符号の説明】

１０…工作機械、１２，１４…立体骨組、１６…ベー
ス、１８…工作物サポート、１９…取付ストラット、２
０…工具ホルダ、２２…スピンドル、２４…アクチュエ
ータ機構、２６…脚、２８…カウンタバランス、３０…
取付ストラット、３２…外側連結部、３４…ハウジン
グ、３６…クロスストラット、３８…支持ストラット、
４０…連結部、４２…サポートストラット、４４…工作
物サポートストラット、４８…取付ストラット、５０…
連結部、５２…ハウジング、５４…クロスストラット、
５６…支持ストラット、５８…連結部、６０…サポート
ストラット、６２…工具ホルダサポートストラット、７
２…脚、７５…工作物、７６…ジンバル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード イー． カークハム アメリカ合衆国， ウィスコンシン州 53005， ブルックフィールド， ステ ィープル チェース 1795 (56)参考文献 特開 平５−237732（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−500337（ＪＰ，Ａ) 米国特許5388935（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物上で選定された作業を行うように
   設計された工作機械のための剛構造骨組装置（１０）に
   おいて、 工作物と協働する第１の工作機械構成要素（１８）と、 第１の立体骨組（１２）と、 工作物と協働する第２の工作機械構成要素（２０）と、 前記第２の工作機械構成要素（２０）にしっかりと取り
   付けられた第２の立体骨組（１４）と、 前記第１の立体骨組（１２）を所定の経路に沿って前記
   第２の立体骨組（１４）に対して移動させるよう前記第
   １の立体骨組（１２）に前記第２の立体骨組（１４）を
   連結するアクチュエータ装置（２４）と、 を備え、 前記第１の立体骨組（１２）は、 前記工作機械構成要素（１８）にしっかりと連結され、
   該工作機械構成要素（１８）から外方に延び、且つ、複
   数の第１の外側連結部（３２）で終端する一群の第１の
   取付ストラット（３０）と、 少なくとも幾つかが前記外側連結部（３２）から延びて
   いる一群の第１のサポートストラット（３６，３８，４
   ２）と、 を有し、前記第１のサポートストラット（３６，３８，
   ４２）は、当該サポートストラット（３６，３８，４
   ２）と前記取付ストラット（３０）のいずれにも殆ど曲
   げを生ずることなく、前記工作機械構成要素に対して作
   用する力を相殺するように相互連結されている、 ことを特徴とする剛構造骨組装置。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータ装置（２４）は、前
   記第１の立体骨組（１２）と前記第２の立体骨組（１
   ４）との間に連結された６本の伸縮可能な脚（２６）を
   備えることを更に特徴とする請求項１記載の剛構造骨組
   装置。
3. 【請求項３】 前記第２の立体骨組（１４）は、 前記第２の工作機械構成要素（２０）にしっかりと連結
   され、該工作機械構成要素（２０）から外方に延び、且
   つ、複数の第２の外側連結部（５０）で終端する一群の
   第２の取付ストラット（４８）と、 少なくとも幾つかが前記第２の外側連結部（５０）から
   延びている一群の第２のサポートストラット（５４，５
   ６，６０）と、 を有し、前記第２のサポートストラット（５４，５６，
   ６０）は、当該サポートストラット（５４，５６，６
   ０）と前記取付ストラット（４８）のいずれにも殆ど曲
   げを生ずることなく、前記第２の工作機械構成要素（２
   ０）に対して作用する力を相殺するように相互連結され
   ている、 ことを更に特徴とする請求項１記載の剛構造骨組装置。
4. 【請求項４】 前記アクチュエータ装置（２４）は、選
   定された第１の外側連結部（３２）と選定された第２の
   外側連結部（５０）との間に連結された複数の伸長可能
   な脚（２６）を備えていることを更に特徴とする請求項
   ３記載の剛構造骨組装置。
5. 【請求項５】 前記第１の工作機械構成要素（１８）は
   工作物ホルダを備え、前記第２の工作機械構成要素（２
   ０）は工具を保持するためのスピンドル（２２）を備え
   ていることを更に特徴とする請求項３記載の剛構造骨組
   装置。
6. 【請求項６】 前記第１の外側連結部（３２）は、前記
   第１の取付ストラット（３０）及び前記第１のサポート
   ストラット（３６，３８）が取り付けられるジンバルハ
   ウジング（３４）を備え、前記第２の外側連結部（５
   ０）は、前記第２の取付ストラット（４８）及び前記第
   ２のサポートストラット（５４，５６）が取り付けられ
   るジンバルハウジング（５２）を備え、前記伸長可能な
   脚（２６）の各々は１対のジンバル（７６）に連結さ
   れ、前記対のジンバル（７６）の一方は前記第１の外側
   連結部（３２）の対応のジンバルハウジング（３４）内
   に設けられ、前記対のジンバル（７６）の他方は前記第
   ２の外側連結部（５０）の対応のジングルハウジング
   （５２）内に設けられていることを更に特徴とする請求
   項４記載の剛構造骨組装置。
7. 【請求項７】 前記第１の工作機械構成要素（１８）に
   取り付けられたベース（１６）と、前記ベース（１６）
   及び前記第２の立体骨組（１４）の間に連結された少な
   くとも１つのカウンタバランス（２８）とを備えること
   を更に特徴とする請求項４記載の剛構造骨組装置。