JP3500532B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸ユニットやテ
ーブル等を支持するのに適したリンク機構を有する工作
機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまでの一般的な工作機械の主軸ユニ
ットの支持装置は、コラムやサドル、クイル等の３個の
可動体を備え、それらの可動体を互いに直交する３方向
に個々に移動させることにより、主軸ユニットを目的位
置に動かす基本構造となっている。

【０００３】上記の支持装置の他に、最近、主軸ユニッ
トをＶ状配置の２本のボールねじ軸の交差部に支持し、
２本のボールねじ軸の繰出し量を変えることにより、主
軸ユニットの位置を一平面内で変化させることができる
ようにした支持装置が提案されている（特開平１０−２
６３９６５号公報）。なお、この支持装置では、主軸は
上記平面に直交する方向にクイルの出入りで移動するよ
うになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記前者の一般的な支
持装置は、特にコラムの質量と体積が大きいので、全体
的に大形になり、また大きな動力が必要で、製造コスト
と運転コストが高くなる他、高速かつ高加減速で主軸ユ
ニットを移動させることが難しいという問題点がある。

【０００５】後者の新しい支持装置は上記のような問題
点はない。しかし、主軸ユニットを２本のボールねじ軸
のアキシャル剛性によって支持する構造のため、支持剛
性に劣る問題点がある。またクイル方式のため、主軸が
出たときの剛性が不足する。また、真直を保つために２
本のボールネジの繰り出し量を刻々と計算してやる必要
があるので、制御装置の高速処理性能により、精度が決
定されるという問題がある。

【０００６】本発明の課題は上記の問題点を解消するこ
とであり、小形、軽量にすることが容易なリンク機構を
有する工作機械を提供することを目的とする。本発明の
他の目的は、主軸ユニットを高速かつ高加減速で円滑に
移動させることができるリンク機構を有する工作機械を
提供することである。本発明の別の目的は、支持剛性の
大きいリンク機構を有する工作機械を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の少なくとも１つの
目的を達成するために、請求項１記載の発明は、固定部
材と、該固定部材に、固定部材の長手方向であるＺ軸方
向に移動自在に取り付けられた第１移動部材と、該第１
移動部材をＺ軸方向に移動させる第１駆動装置と、上記
固定部材及び第１移動部材に対してＺ軸方向に移動自在
に設けられた第２移動部材と、該第２移動部材をＺ軸方
向に移動させる第２駆動装置と、上記第１移動部材に、
互いにＺ軸方向に離間されて根端を根端用枢軸で枢支さ
れ該根端用枢軸を支点にＺ軸方向と該Ｚ軸方向に直交す
るＹ軸方向の（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自在とされた互い
に平行な一対の第１平行リンクと、上記第２移動部材
に、互いにＺ軸方向に離間されて基端を基端用枢軸で枢
支され該基端用枢軸を支点に（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自
在とされるとともに、ほぼ中間部に上記各第１平行リン
クの各支端を支端用枢軸でそれぞれ枢支して互いに平行
に設けられた一対の第２平行リンクと、該一対の第２平
行リンクの自由端に自由端用枢軸で上記固定部材と平行
に枢支された支持部材とを具備した構成とした。

【０００８】この手段では、第２移動部材と第１移動部
材とをそれらの駆動装置で固定部材に対して同一Ｚ軸方
向に同一距離移動させると、支持部材は、固定部材に対
して両移動部材と同一方向に同一距離移動する。第１移
動部材を移動させることなく、第２移動部材のみを第２
駆動装置で固定部材に対してＺ軸方向に移動させると、
支持部材は支端用枢軸を支点とする第２平行リンクの回
動と、根端用枢軸を支点とする第１平行リンクの回動と
によって（Ｚ−Ｙ）平面内でＺ軸方向とＹ軸方向の合成
方向に移動する。

【０００９】上記の構成において、第１平行リンクの支
端を延長させて第１平行リンクを第２平行リンクと同一
長さとし、その支端を支持部材にＺ軸方向に移動自在に
連結することもできる。第２駆動装置を第２移動部材と
固定部材の間に、また第１駆動装置を第１移動部材と固
定部材の間にそれぞれ設けることができる他、両駆動装
置のいずれか一方を両移動部材の間に設けることができ
る。

【００１０】請求項１記載の工作機械において、支端用
枢軸を基端用枢軸と自由端用枢軸の１／２の位置に配し
て支端用枢軸と根端用枢軸間の距離を、支端用枢軸と基
端用枢軸間の距離及び支端用枢軸と自由端用枢軸間の距
離と同一とし、また根端用枢軸と基端用枢軸を同一のＹ
軸位置に配設した構成とすることが好ましい（請求項
２）。この構成では、第２移動部材のみのＺ軸方向移動
によって支持部材は正確にＹ軸方向だけに移動する。

【００１１】請求項３記載の発明は、固定部材と、該固
定部材に、固定部材の長手方向であるＺ軸方向に移動自
在に取り付けられた第１移動部材と、該第１移動部材を
Ｚ軸方向に移動させる第１駆動装置と、上記固定部材及
び第１移動部材に対してＺ軸方向に移動自在に設けられ
た第２移動部材と、該第２移動部材をＺ軸方向に移動さ
せる第２駆動装置と、上記第１移動部材に、互いにＺ軸
方向に離間されて根端を根端用枢軸で枢支され該根端用
枢軸を支点にＺ軸方向と該Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向
の（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自在とされた互いに平行な一
対の第１平行リンクと、上記第２移動部材に、互いにＺ
軸方向に離間されて基端を基端用枢軸で枢支され該基端
用枢軸を支点に（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自在とされた互
いに平行な一対の第２平行リンクと、上記各第１平行リ
ンクの支端と各第２平行リンクの自由端とに支端用枢軸
と自由端用枢軸とで枢支された上記固定部材と平行な支
持部材とを具備した構成とした。

【００１２】この手段では、第２移動部材と第１移動部
材とをそれらの駆動装置で固定部材に対して同一Ｚ軸方
向に同一距離移動させると、支持部材は、固定部材に対
して両移動部材と同一方向に同一距離移動する。第１移
動部材と第２移動部材のいずれか一方又は両方を固定部
材に対してＺ軸方向に移動させて両移動部材の離間間隔
を変化させると、支持部材は（Ｚ−Ｙ）平面内でＺ軸方
向とＹ軸方向の合成方向に移動する。請求項４記載の工
作機械は、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の工
作機械において、第１移動部材あるいは第２移動部材の
いずれか１方の移動部材が固定部材の長手方向であるＺ
軸に移動自在に取り付けられた構成とした。この構成で
は、いずれか一方の移動部材を移動させることでも他の
移動部材との離間距離を変化させることができ、支持部
材は（Ｚ−Ｙ）平面内で回動する。

【００１３】請求項１ないし３のいずれか１つに記載の
工作機械において、第２移動部材を２つの半体に分割
し、一方の半体に一方の第２平行リンクを、また他方の
半体に他方の第２平行リンクをそれぞれ枢支し、第２駆
動装置を、分割された２つの半体にそれぞれ設け、上記
２つの半体をＺ軸方向に個々及び互いに同期して移動さ
せ得る構成とすることができる（請求項５）。この構成
では、２つの半体の離間距離を変化させると、支持部材
は（Ｚ−Ｙ）平面内で回動する。

【００１４】請求項１ないし３のいずれか１つに記載の
工作機械において、第１移動部材と第２移動部材をそれ
ぞれ２つの半体に分割し、第１移動部材の一方の半体に
一方の第１平行リンクを、また他方の半体に他方の第１
平行リンクをそれぞれ枢支するとともに、第２移動部材
の一方の半体に一方の第２平行リンクを、また他方の半
体に他方の第２平行リンクをそれぞれ枢支し、第１駆動
装置を、分割された２つの半体にそれぞれ設けられ上記
第１移動部材の２つの半体をＺ軸方向に個々及び互いに
同期して移動させ得る構成とし、第２駆動装置を、分割
された２つの半体にそれぞれ設けられ上記第２移動部材
の２つの半体をＺ軸方向に個々及び互いに同期して移動
させ得る構成とすることができる（請求項６）。この構
成においても、第１移動部材と第２移動部材の少なくと
も一方の半体の離間距離を変化させると、支持部材は
（Ｚ−Ｙ）平面内で回動する。

【００１５】請求項５又は６記載の工作機械の一対の第
１平行リンクの長さと、一対の第２平行リンクの長さの
いずれか一方又は両方を互いに異なる長さとすることが
できる（請求項７）。この構成では、支持部材を（Ｚ−
Ｙ）平面内において望む範囲で回動させることができる
ようになる。

【００１６】請求項６又は７記載の工作機械から、第１
移動部材の１つの半体と該半体に枢支されたリンク、又
は第１移動部材に枢支された１つのリンクを省くことが
できる（請求項８）。この構成では、請求項６又は７記
載の工作機械よりも簡単な構造で同等の機能が得られ
る。

【００１７】請求項１ないし８のいずれか１つに記載の
工作機械において、支持部材に、主軸ユニットあるい
は、テーブルとこれらのＺ軸方向とＹ軸方向とに直交し
たＸ軸方向に移動させる主軸ユニット用あるいは、テー
ブル用駆動装置とを備えることができる（請求項９）。
この構成では、主軸ユニットあるいはテーブルを、支持
部材のＺ軸方向とＹ軸方向の移動、及び主軸ユニット用
あるいは、テーブル用駆動装置によるＸ軸方向の移動に
よって、３次元空間の任意の位置に移動させることがで
きる。

【００１８】請求項１ないし９のいずれか１つに記載の
工作機械において、駆動装置の少なくとも１つを、リニ
アモータとしたり（請求項１０）、サーボモータと該サ
ーボモータの回転運動を直線運動に変換するねじ機構と
によって構成することができる（請求項１１）。前者の
場合は構造が単純になるほか、Ｚ軸駆動の２つの駆動装
置をリニアモータとした場合、１個の固定子を両リニア
モータに共用させることができる。後者の構成では、多
量生産されている市販のサーボモータとねじ機構を用い
ることができ、コストの点で有利となる。ねじ機構は、
通常のねじ構造の他にボールねじ構造とすることができ
る。

【００１９】上記において、ねじ機構を構成するナット
部材をサーボモータで回転させて、ねじ機構を構成する
ねじ軸を移動部材又は主軸ユニットあるいは、テーブル
と一緒にＺ軸方向又はＸ軸方向に移動させることも、ね
じ軸をサーボモータで回転させてナット部材を移動部材
又は主軸ユニットあるいは、テーブルと一緒に移動させ
ることもできる。サーボモータは固定部材と移動部材又
は主軸ユニットあるいは、テーブルのどちらに設置して
もよい。サーボモータとナット部材をＺ軸方向に移動す
る２つの移動部材に設置し、ねじ軸を固定部材に固定し
た構造では、１本のねじ軸を両移動部材のナット部材に
共用させることができる。

【００２０】請求項１ないし１１のいずれか１つに記載
の工作機械において、支持部材を固定部材の上方にほぼ
水平に配設し、該支持部材に支持部材を上に付勢する付
勢機構を付設することが好ましい（請求項１２）。この
構成では、付勢機構の付勢力によって、支持部材のＹ軸
方向の上昇移動、特に、リンクの傾斜角度が小さくなっ
ている支持部材の最下降位置からの上昇移動が少ない動
力で円滑になる。付勢機構には、コイルばね、油圧シリ
ンダ、エアシリンダ、カウンタウエイト等を用いること
ができる。

【００２１】請求項１２記載の工作機械において、付勢
機構を、コイル径の互いに異なる複数のコイルばねを、
それらの少なくとも一部分をコイル径方向に重ねた状態
で相互間に介在部材を装入してほぼ同心円状に直列に設
けた構成とすることが好ましい（請求項１３）。この構
成では、小設置スペースで付勢ストロークを長くするこ
とができ、付勢機構の付勢特性を、支持部材の昇降距離
（Ｙ軸方向移動距離）と支持部材にかかる荷重とに適合
させることが容易になる。油圧源や空圧源が必要な油圧
シリンダやエアシリンダ、重量が大でガイドが必要なカ
ウンタウエイトを利用した付勢機構に比べて、性能コス
トが良好になる。複数のコイルばねは、通常コイル径の
大きさ順に連結するが、コイル径の順に連結しなくとも
よい。

【００２２】請求項１ないし１３のいずれか１つに記載
の工作機械において、移動部材又は半体の少なくとも１
つに、固定部材に設けられたリニアスケールに対して各
々の位置を検出するセンサ部を設けることができる（請
求項１４）。この構成では、固定部材に対する移動部材
又は半体の移動距離、及び移動部材どうし、移動部材と
半体、半体どうしの相対移動距離を正確に検出すること
ができる。

【００２３】請求項１ないし１４のいずれか１つに記載
の工作機械において、枢軸の少なくとも１つを、予圧を
与えられて剛性を高められたベアリングを介して枢支す
ることができる（請求項１５）。この構成では、リンク
が緩みなく枢支されるので、作動精度が向上する。

【００２４】請求項１ないし１４のいずれか１つに記載
の工作機械において、少なくとも１つの枢軸の外周面の
一面を平面として枢支することができる。この構成で
は、接合面を面接合したことにより、剛性を高くするこ
とができ、また接合面に必要によりスペーサを挿入して
相互の取り付け位置の調整を容易にすることができるよ
うになる。

【００２５】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を添付図面を参
照して説明する。図１ないし図３は本発明に係る工作機
械の第１の実施の形態を示す。本工作機械は、固定部材
１と、第１移動部材２と、第１駆動装置３と、第２移動
部材４と、第２駆動装置６と、一対の第２平行リンク７
と、支持部材８と、一対の第１平行リンク９と、付勢機
構１１と、主軸ユニット用駆動装置１２とを具備してい
る。

【００２６】固定部材１は、ベースとして床の上に水平
に置かれており、３本のガイドレール１４を有する。各
ガイドレール１４は、図６に示すように、複数の位置決
め固定機構１５（図６では１個しか示されていない。）
によって固定部材１に水平かつ互いに平行に固定されて
いる。

【００２７】位置決め固定機構１５は、位置決め部材１
６と締付ボルト１７及び固定ボルト１８とから成り、一
側の円弧部の２点（実際には線）１６ａ，１６ｂを固定
部材１の互いに直角とされた固定面ｍと固定座ｎに当接
させるとともに、他側の押圧部１６ｃをガイドレール１
４に触れさせてセットされた位置決め部材１６を、該位
置決め部材１６の透孔１６ｄから固定部材１に螺着され
た締付ボルト１７で締め付けることによって、押圧部１
６ｃでガイドレール１８を基準面ｓに押し付け、固定ボ
ルト１８を固定部材１に螺着して固定部材１の取付座ｔ
に固定することができるようになっている。

【００２８】第１移動部材２と第２移動部材４とは、複
数の案内部２ａ，４ａをガイドレール１４に案内されて
固定部材１に該固定部材１（ガイドレール１４）の長手
方向であるＺ軸方向に移動自在にそれぞれ取り付けられ
ている。そして、両移動部材２，４は、第１駆動装置３
と第２駆動装置６によりガイドレール１４に沿ってＺ軸
方向に移動させられるようになっている。第１駆動装置
３は、固定部材１の側面に取り付けられた固定子（磁
石）３ａと第１移動部材２の側部に取り付けられた可動
子（コイル）３ｂとから成るリニアモータによって構成
され、また第２駆動装置６は、上記の固定子３ａと第２
移動部材４の側部に取り付けられた可動子（コイル）６
ｂとから成るリニアモータによって構成されている。

【００２９】各第２平行リンク７は、互いにＺ軸方向に
離間されて基端７ａを第２移動部材４に基端用枢軸２０
で枢支され、自由端７ｂに支持部材３を自由端用枢軸２
１で水平に枢支している。第２平行リンク７，７は互い
に平行とされ、基端用枢軸２０を支点にＺ軸方向と該Ｚ
軸方向に直交するＹ軸方向の（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自
在である。

【００３０】基端用枢軸２０は、図７に示すように、位
置決め固定機構１５で第２移動部材４に固定され、第２
平行リンク７の基端７ａをテーパーローラベアリング２
２，２２を介して枢支している。自由端用枢軸２１は、
第２平行リンク７の自由端７ｂのテーパーローラベアリ
ング２２，２２に嵌め入れられて支持部材８に位置決め
固定機構１５で固定されている。

【００３１】また、各第１平行リンク９は、根端９ａを
第１移動部材２に根端用枢軸２４で枢支され、支端９ｂ
に第２平行リンク７を支端用枢軸２５で枢支している。
第１平行リンク９，９は互いに平行とされ、根端用枢軸
２４を支点に（Ｚ−Ｙ）平面内で回動自在である。

【００３２】根端用枢軸２４は、位置決め固定機構１５
で第１移動部材２に固定され、第１平行リンク９の根端
９ａをテーパーローラベアリング２２，２２を介して枢
支している。支端用枢軸２５は、第２平行リンク７のテ
ーパーローラベアリング２２，２２に嵌め入れられて第
１平行リンク９の支端９ｂに位置決め固定機構１５で固
定されている。なお、いずれの部分のテーパーローラベ
アリング２２，２２にも、通常、剛性を高める予圧が与
えられる。

【００３３】ここで、各枢軸２０，２１，２４，２５の
位置関係等について説明すると、支端用枢軸２５は、基
端用枢軸２０と自由端用枢軸２１の１／２の位置にあ
り、根端用枢軸２４と支端用枢軸２５間の距離は、支端
用枢軸２５と基端用枢軸２０の間の距離及び支端用枢軸
２５と自由端用枢軸２１間の距離と等しくされ、また、
基端用枢軸２０，２０と根端用枢軸２４，２４は同一水
平面（Ｙ軸が同一位置）に配設され、第２移動部材４と
第１移動部材２によってＺ軸方向に移動させられるよう
になっている。したがって、第１移動部材２を固定した
状態で第２移動部材４をＺ軸方向に移動させると、支持
部材８が正確にＹ軸方向（図では上下方向）だけに上下
する。

【００３４】付勢機構１１は、支持部材８を上に付勢す
るもので、図のように一般にコイルばねが単独で用いら
れるが、油圧シリンダやエアシリンダ、カウンタウエイ
トを使用したもの、或いは図４と図５に示すような構造
のものであってもよい。

【００３５】図４と図５と示す付勢機構１１は、コイル
径の互いに異なる複数（図のものは３本）のコイルばね
２７，２８，２９をそれらの少なくとも一部分をコイル
径方向に重ねた状態で相互間に介在部材３０，３１を装
入してほぼ同心円状に直列に設けた構成とされている。
したがって、この付勢機構１１の場合は、付勢特性を、
支持部材８の昇降距離と支持部材８にかかる荷重とに容
易に適合されることができる。

【００３６】ところで、一般に、コイルばねの撓みは、
巻数と応力の関係から、自由長の５０％以下に設定さ
れ、また座屈防止から、自由長はコイル平均径の４倍以
下にとられる。中形マシニングセンタのＹ軸などでは、
ストロークが５００〜７００ｍｍで許容されるスペース
として畳んだとき３００ｍｍ、径でφ１５０ｍｍ位であ
るから、１個のコイルばねでは十分な付勢性能を得にく
いが、図４と図５の構造では満足すべき付勢性能が得ら
れる。なお、付勢機構１１は、支持部材８が下降してい
て第２平行リンク７の傾斜角度が小さくなっている状態
からの支持部材８の上昇を円滑にするが、場合によって
は省くこともあり得る。

【００３７】支持部材８には、主軸ユニット３３がガイ
ドレール３２を介して支持されている。主軸ユニット用
駆動装置１２は、主軸ユニット３３を、Ｚ軸方向とＹ軸
方向とにそれぞれ直交するＸ軸方向に移動させるもので
あり、支持部材８に設けられた固定子（磁石）１２ａと
主軸ユニット３３に設けられた可動子（コイル）１２ｂ
とから成るリニアモータによって構成されている。主軸
ユニット用駆動装置１２による主軸ユニット３３のＸ軸
方向の移動範囲は、少なくともパレット３４から工具マ
ガジン３５の範囲とされる。ガイドレール３２は前述の
位置決め固定機構等によって支持部材８に水平に固定さ
れている。

【００３８】主軸ユニット３３は、主軸３７と該主軸３
７を回転させるモータ３８とを有する。主軸３７の先端
には、工具３９を把持する周知のチャック４０が設けら
れている。また固定部材１には、リニアスケール４２が
固定され、第１移動部材２と第２移動部材４には、リニ
アスケール４２に対して各々の位置を検出するセンサ部
（検出部）４３，４４がそれぞれ設けられている。

【００３９】次に上記の構成とされた工作機械の作用を
説明する。両駆動装置３，６で両移動部材２，４を同一
Ｚ軸方向に同一距離移動させると、主軸ユニット３３は
支持部材８と一緒にＺ軸方向に移動し、また第２移動部
材４だけをＺ軸方向に移動させると、主軸ユニット３３
はＹ軸方向に移動する。また主軸ユニット用駆動装置１
２を作動させると、主軸ユニット３３はガイドレール３
２に沿ってＸ軸方向に移動する。

【００４０】このように、主軸ユニット３３を、Ｘ軸、
Ｙ軸、Ｚ軸の立体空間の任意の位置に移動させることが
でき、主軸ユニット３３を一対の第２平行リンク７によ
って支持する構造のため、十分な支持剛性が得られる。
したがって、移動精度が向上し、良好な加工を行うこと
ができる。また、従来のコラムが不要で全体的に小形、
軽量となるため、製造コストと運転コストの低減が可能
となる。

【００４１】また、主軸ユニット用駆動装置１２により
主軸ユニット３３を工具マガジン３５の直前に移動させ
てから、駆動装置３，６の作動で主軸ユニット３３をＺ
軸方向に移動させて工具マガジン３５から工具３９をチ
ャック４０で抜き取り、またチャック４０の工具３９を
工具マガジン３５に戻すことができる。このため、自動
工具交換装置は不要である。

【００４２】図の第２移動部材４は、複数の案内部４ａ
をガイドレール１４に案内されて固定部材１に取り付け
られているが、第１移動部材２にＺ軸方向に移動自在に
取り付けて、図の装置と同一の作用効果を得ることがで
きる。このようにした場合、第２移動部材を（Ｚ−Ｙ）
平面内で直線或いは曲線移動させて支持部材８をＹ軸方
向に移動させるようにすることが可能である。

【００４３】枢軸２５を、枢軸２０，２１のほぼ中間に
設けたり、枢軸２４，２５間の距離が、枢軸２０，２５
間の距離及び／又は枢軸２１，２５間の距離と同一にな
っていない構成では、第２移動部材４のみをＺ軸方向に
移動させると、主軸ユニット３３はＹ軸方向だけに移動
せずに（Ｚ−Ｙ）平面内でＺ軸方向とＹ軸方向の合成方
向に移動することになり、主軸３７を傾斜させることが
できる。

【００４４】位置決め固定機構は図の位置決め固定機構
１５以外の、例えば、楔状の位置決め部材を用いたもの
などを使用することができる。なお、楔状の位置決め部
材の場合は、図の固定面ｍを図６の２点鎖線のように、
その上面を高くして傾斜させなければならず、加工に特
別注文の専用工具が必要となるため、加工コストが高く
つくが、図の位置決め固定機構１５の場合はそのような
ことはなく、しかも強い押付力を得ることができる。位
置決め固定機構１５は、ガイドレールや枢軸以外の他の
部材の固定にも使用することができる。

【００４５】また、図の工作機械は、支持対象物が主軸
ユニット３３となっているが、他の部材、例えばパレッ
ト３４などを支持することができる。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸
は、いずれも他の軸に読み替えることができる。また、
図の固定部材１は水平に設けられているが、垂直、或い
は傾斜状態で設けることもあり得る。この場合は、他の
支持部材８等の位置や姿勢は、固定部材１に合わせて変
更させることは言うまでもない。

【００４６】また、図の駆動装置３，６，１２は、いず
れもリニアモータとなっているが、サーボモータと該サ
ーボモータの回転運動を直線運動に変換する、互いに螺
着されたナット部材とねじ軸とから成るねじ機構とによ
って構成することができる。この場合、ねじ機構のナッ
ト部材とねじ軸をボールねじ構造とすることが好まし
い。図４と図５に示した付勢機構１１は、テーブルリフ
タ等の他の装置にも用いることができる。

【００４７】図８は、本発明に係る工作機械の第２の実
施の形態を示す。この工作機械においては、第１平行リ
ンク９，９の支端９ｂ，９ｂが支持部材８に支端用枢軸
２５でそれぞれ枢支されている。第１平行リンク９の長
さは第２平行リンク７の長さと同一とされ、また基端用
枢軸２０，２０と根端用枢軸２４，２４は同一のＹ軸位
置に配設され、自由端用枢軸２１，２１と支端用枢軸２
５，２５も同一のＹ軸位置に配設されている。他の構造
は図１ないし図７の工作機械（前記の変更例も含む）と
同じである。

【００４８】この工作機械の場合は、第１移動部材２と
第２移動部材４とを同一Ｚ軸方向に同一距離移動させる
と、支持部材８が両移動部材２，４と同一方向に同一距
離移動し、両移動部材２，４をＺ軸方向に互いに逆方向
に同一距離移動させると、支持部材８はＹ軸方向だけに
移動する。両移動部材２，４のいずれか一方、或いは両
方の移動によりそれらの離間距離を変化させると、支持
部材８は（Ｚ−Ｙ）平面内で移動する。

【００４９】図９は、本発明に係る工作機械の第３の実
施の形態を示す。この工作機械においては、自由端用枢
軸２１と支端用枢軸２５のＹ軸位置とＺ軸位置が同一と
なっている。したがって、両枢軸２１，２５を１本に纏
めることが可能となる。この工作機械の他の構造は図１
ないし図７の工作機械（変更例も含む）と同じであり、
また作用は図８の工作機械と同じである。

【００５０】以上は、両駆動装置３，６で両移動部材
２，４をＺ軸方向に移動させることができる場合につい
て、述べたが、いずれか一方の移動部材をＺ軸方向に移
動自在とさせ、他方の移動部材を固定部材に固定させて
も、それらの離間距離を変化させると、支持部材８は
（Ｚ−Ｙ）平面内で指導する。この場合は、固定部材に
固定された他方の移動部材の駆動装置を省くことがで
き、構造が簡単になりコストも低減できる。

【００５１】図１０は、本発明に係る工作機械の第４の
実施の形態を示す。この工作機械は、第１移動部材と第
２移動部材が、それぞれ２つの半体２Ｅ，２Ｆ、４Ｅ，
４Ｆに分割され、それぞれ２つの半体に駆動源を持つ第
１駆動装置と第２駆動装置によってそれぞれ個々及び互
いに同期してＺ軸方向に移動させられる構成とされる一
方、第１平行リンク９，９と第２平行リンク７，７の根
端９ａと基端７ａが半体２Ｅ，２Ｆ，４Ｅ，４Ｆにそれ
ぞれ枢軸２４，２０で枢支されている。

【００５２】この工作機械の場合は、例えば、半体２Ｅ
と４Ｅ，２Ｆと４Ｆの距離を変えることにより、支持部
材８は、（Ｚ−Ｙ）平面内で回動して傾斜角度を変化さ
せる。この工作機械において、半体２Ｅ，２Ｆどうし、
又は半体４Ｅ，４Ｆどうしを互いに同期してＺ軸方向に
移動させた場合の作用と他の構造は、図１ないし図７の
工作機械（変更例も含む）と同じである。なお、図１０
の工作機械において、第１平行リンク９，９の各支端９
ｂを図８又は図９の工作機械のように支持部材８に枢支
することができる（図１０の２点鎖線参照）。各半体２
Ｅ，２Ｆ，４Ｅ，４Ｆには、リニアスケールに対して各
々の位置を検出するセンサ部が設けれれている。

【００５３】図１１は、本発明に係る工作機械の第５の
実施の形態を示す。この工作機械は、図１０の第１平行
リンク９，９と第２平行リンク７，７を、互いに長さの
異なるリンク９Ｅ，９Ｆ、７Ｅ，７Ｆとしたものであ
る。この工作機械においても、図１０の工作機械と同等
の作用効果が得られるが、リンク９Ｅ，９Ｆどうし又は
リンク７Ｅ，７Ｆどうしの長短差を適当にすることによ
って、支持部材８の傾斜回動範囲をより大きい範囲に設
定することが可能となる。リンク９Ｅ，９Ｆの各支端９
ｂを図８又は図９の工作機械のように支持部材８に枢支
できることは、図１０の工作機械と同じである。

【００５４】図１２は、本発明に係る工作機械の第６の
実施の形態を示す。この工作機械は、第２移動部材が２
つの半体４Ｅ，４Ｆに分割され、２つの駆動源を持つ第
２駆動装置によって個々及び互いに同期してＺ軸方向に
移動させられる構成とされるとともに、第１〜第４実施
形態で同長であったリンク９，９とリンク７，７が図１
１の工作機械のように互いに長さの異なるリンク９Ｅ，
９Ｆ、７Ｅ，７Ｆとされ、互いの根端９ａと基端７ａを
第１移動部材２と半体４Ｅ，４Ｆにそれぞれ枢軸２４，
２０で枢支されている。この工作機械においては、半体
４Ｅ，４Ｆの離間距離を変えると、支持部材８が（Ｚ−
Ｙ）平面内で回動する。この工作機械の場合も、半体４
Ｅ，４Ｆどうしを互いに同期してＺ軸方向に移動させた
場合の作用と他の構造は、図１ないし図７の工作機械
（変更例も含む）と同じである。また、リンク９Ｅ，９
Ｆの各支端９ｂを図８又は図９の工作機械のように支持
部材８に枢支することができる。またリンク９Ｅ，９Ｆ
とリンク７Ｅ，７Ｆのいずれか一方又は両方を同長とす
ることができる。各半体２Ｅ，２Ｆ，４Ｅ，４Ｆには、
リニアスケールに対して各々の位置を検出するセンサ部
が設けれれている。

【００５５】図１３は、本発明に係る工作機械の第７の
実施の形態を示す。この工作機械は、図１０の工作機械
から第１移動部材の半体２Ｆと、該半体２Ｆに枢支され
た第１平行リンク９が省かれた構造となっている。この
工作機械の場合は、半体４ＦをＺ軸方向に移動させた
り、半体２Ｅと半体４Ｅの離間距離を変えると、支持部
材８が（Ｚ−Ｙ）平面内で回動する。リンク９は、図１
３の２点鎖線に示すようにその支端９ｂを枢軸２１の位
置に枢支しても同一の作用効果が得られる。なお、図１
１の工作機械から半体２Ｆとリンク９Ｆを省いても、図
１ないし図７又は図１２の工作機械から１本のリンク９
又はリンク９Ｆを省いても実質的に同一の構成となる。

【００５６】図１４は、本発明に係る工作機械の第８の
実施の形態を示す。この工作機械は、図１ないし図７の
工作機械の第１平行リンク９，９の長さを長くしてその
支端９ｂを第２平行リンク７，７の上部に枢支したもの
である。このように構成すると、図１ないし図７の工作
機械と同一の作用効果が得られる上、第１平行リンク
９，９の根端９ａ，９ａと第２平行リンク７，７の基端
７ａ，７ａとがＺ軸方向に２分されることとなって、全
体構造が単純になる。

【００５７】この場合も、いずれか一方の移動部材をＺ
軸方向に移動自在とさせ、他方の移動部材を固定部材に
固定させることにより、支持部材８が（Ｚ−Ｙ）平面内
で回動するので、他方の移動部材の駆動装置を省くこと
ができる。

【００５８】図１５は、本発明に係る工作機械の第９の
実施の形態を示す。この工作機械は、図１ないし図７の
工作機械の第１平行リンク９と第２平行リンク７の数を
３本にしたものであり、図１ないし図７の工作機械と同
一の作用効果が得られる上、リンクの数が増した分、支
持剛性が大きくなる。なお、図８ないし図１４の工作機
械においても必要があればリンク数、又はリンク数と半
体数を増すことができる。

【００５９】この場合も、いずれか一方の移動部材をＺ
軸方向に移動自在とさせ、他方の移動部材を固定部材に
固定させることにより、支持部材８が（Ｚ−Ｙ）平面内
で回動するので、他方の移動部材の駆動装置を省くこと
ができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし４
記載の発明によれば次の効果が得られる。 （１） コラムとサドルなどと違って、支持部材を平行
リンクで支える構造のため、高剛性が得られ、しかも比
較的軽量にできるから、少ない動力で高速かつ高加減速
にできる。 （２） コラムに比べて製作しやすい平行リンクによっ
て２軸方向の運動機構が得られる。 （３） 平行リンクで駆動される２軸相互の直角度は制
御で補正できるので、機械的精度以上の精度を実現でき
る。

【００６１】請求項１記載の工作機械において、支端用
枢軸を基端用枢軸と自由端用枢軸の１／２の位置に配し
て支端用枢軸と根端用枢軸間の距離を、支端用枢軸と根
端用枢軸間の距離及び支端用枢軸と自由端用枢軸間の距
離と同一とし、また根端用枢軸と基端用枢軸を同一のＹ
軸位置に配設した構成とした場合、第２移動部材をＺ軸
方向に移動させると、支持部材はＹ軸方向に移動するよ
うになり、位置を正確かつ単純に制御することが可能と
なる。

【００６２】請求項４記載の工作機械において、１方の
移動部材がＺ軸方向に移動自在とされ、他方の移動部材
が固定部材に固定されているので、他方の移動部材をＺ
軸方向に移動させる駆動装置を省くことができるので構
造が簡単になり、しかもコストを低減することができ
る。

【００６３】請求項５ないし８のいずれか１つに記載の
工作機械によれば、請求項１ないし４記載の工作機械と
同等の効果が期待できるほか、支持部材を回動させてそ
の傾斜角度を自由に変化させることができる。

【００６４】請求項１ないし８のいずれか１つに記載の
工作機械において、支持部材に、主軸ユニットあるい
は、テーブルとこれらのＺ軸方向とＹ軸方向とに直交し
たＸ軸方向に移動させる主軸ユニット用あるいは、テー
ブル用駆動装置とを備えた構成とすると、主軸ユニット
は、専用の駆動装置でＸ軸方向に移動させられるので、
最小の動力で高速かつ高加減速を実現できる。また工具
マガジンを定置式とすることができるので、寿命工具置
場を設定するなどの応用が自由にできる。

【００６５】請求項１ないし９のいずれか１つに記載の
工作機械において、駆動装置の少なくとも１つがリニア
モータとすると、構造が単純になるほか、第１駆動装置
と第２駆動装置の両方をリニアモータとした場合、１個
の固定子を両リニアモータに共用させることができる効
果がある。

【００６６】請求項１ないし９のいずれか１つに記載の
工作機械において、駆動装置の少なくとも１つを、サー
ボモータと該サーボモータの回転運動を直線運動に変換
するねじ機構とによって構成すると、多量生産されてい
る市販のサーボモータとねじ機構を用いることができ、
コストの点で有利となる効果がある。

【００６７】請求項１ないし１１のいずれか１つに記載
の工作機械において、支持部材を固定部材の上方にほぼ
水平に配設し、該支持部材に支持部材を上に付勢する付
勢機構を付設した構成とすると、付勢機構により動力補
償を行って、支持部材のＹ軸方向の上昇移動、特に、平
行リンクの傾斜角度が小さくなっている支持部材の最下
降位置からの上昇移動が円滑になる効果がある。

【００６８】請求項１２記載の工作機械において、付勢
機構を、コイル径の互いに異なる複数のコイルばねを、
それらの少なくとも一部分をコイル径方向に重ねた状態
で相互間に介在部材を装入してほぼ同心円状に直列に設
けた構成とすると、小設置スペースで付勢ストロークを
長くすることができ、付勢機構の付勢特性を、支持部材
の昇降距離（Ｙ軸方向移動距離）と支持部材にかかる荷
重とに適合させることが容易になり、また性能コストが
良好になる効果がある。

【００６９】請求項１ないし１３のいずれか１つに記載
の工作機械において、移動部材又は半体の少なくとも１
つに、リニアスケールの位置を検出するセンサ部を設け
た構成では、固定部材に対する移動部材又は半体の移動
距離、両移動部材の相対移動距離、移動部材と半体の相
対移動距離、両半体の相対移動距離を正確に検出するこ
とができる効果がある。

【００７０】請求項１ないし１４のいずれか１つに記載
の工作機械において、枢軸の少なくとも１つを、予圧を
与えられて剛性を高められたベアリングを介して枢支し
た構成とすると、リンクが緩みなく枢支されるので、作
動精度が向上する効果がある。

【００７１】請求項１ないし１５のいずれか１つに記載
の工作機械において、少なくとも１つの枢軸の外周面の
一面を平面として枢支しているので、接合面の剛性を高
くすることができる。また、接合面にスペーサを挿入す
ることにより、高さ位置の調整を容易に行うことができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る工作機械の第１の実施の形態を
示す側面図である。

【図２】 固定部材と第１移動部材等の関係を示す平面
図である。

【図３】 同じく、断面図である。

【図４】 付勢機構の他の例を示す伸張状態の図であ
る。

【図５】 図４の付勢機構の縮小状態の図である。

【図６】 位置決め固定機構によるガイドレールの固定
状態を示す断面図である。

【図７】 位置決め固定機構による枢軸の固定状態を示
す断面図である。

【図８】 本発明に係る工作機械の第２の実施の形態を
示す主要部の略図である。

【図９】 本発明に係る工作機械の第３の実施の形態を
示す主要部の略図である。

【図１０】 本発明に係る工作機械の第４の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【図１１】 本発明に係る工作機械の第５の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【図１２】 本発明に係る工作機械の第６の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【図１３】 本発明に係る工作機械の第７の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【図１４】 本発明に係る工作機械の第８の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【図１５】 本発明に係る工作機械の第９の実施の形態
を示す主要部の略図である。

【符号の説明】

１ 固定部材 ２ 第１移動部材 ２Ｅ，２Ｆ，４Ｅ，４Ｆ 半体 ３ 第１駆動装置 ４ 第２移動部材 ６ 第２駆動装置 ７ 第２平行リンク ７Ｅ，７Ｆ，９Ｅ，
９Ｆ リンク ７ａ 基端 ７ｂ 自由端 ８ 支持部材 ９ 第１平行リンク ９ａ 根端 ９ｂ 支端 １１ 付勢機構 １２ 主軸ユニット
用駆動装置 ２０ 基端用枢軸 ２１ 自由端用枢軸 ２４ 根端用枢軸 ２５ 支端用枢軸 ２７，２８，２９ コイルばね ３０，３１ 介在部
材 ３３ 主軸ユニット ４２ リニアスケー
ル ４３，４４ センサ部

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部材と、 該固定部材に、固定部材の長手方向であるＺ軸方向に移
   動自在に取り付けられた第１移動部材と、 該第１移動部材をＺ軸方向に移動させる第１駆動装置
   と、 上記固定部材及び第１移動部材に対してＺ軸方向に移動
   自在に設けられた第２移動部材と、 該第２移動部材をＺ軸方向に移動させる第２駆動装置
   と、 上記第１移動部材に、互いにＺ軸方向に離間されて根端
   を根端用枢軸で枢支され該根端用枢軸を支点にＺ軸方向
   と該Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向の（Ｚ−Ｙ）平面内で
   回動自在とされた互いに平行な一対の第１平行リンク
   と、 上記第２移動部材に、互いにＺ軸方向に離間されて基端
   を基端用枢軸で枢支され該基端用枢軸を支点に（Ｚ−
   Ｙ）平面内で回動自在とされるとともに、ほぼ中間部に
   上記各第１平行リンクの各支端を支端用枢軸でそれぞれ
   枢支して互いに平行に設けられた一対の第２平行リンク
   と、 該一対の第２平行リンクの自由端に自由端用枢軸で上記
   固定部材と平行に枢支された支持部材とを具備したこと
   を特徴とする工作機械。
2. 【請求項２】 支端用枢軸が基端用枢軸と自由端用枢軸
   の１／２の位置にあって支端用枢軸と根端用枢軸間の距
   離が、支端用枢軸と基端用枢軸間の距離及び支端用枢軸
   と自由端用枢軸間の距離と同一とされ、また根端用枢軸
   と基端用枢軸が同一のＹ軸位置に配設されたことを特徴
   とする請求項１記載の工作機械。
3. 【請求項３】 固定部材と、 該固定部材に、固定部材の長手方向であるＺ軸方向に移
   動自在に取り付けられた第１移動部材と、 該第１移動部材をＺ軸方向に移動させる第１駆動装置
   と、 上記固定部材及び第１移動部材に対してＺ軸方向に移動
   自在に設けられた第２移動部材と、 該第２移動部材をＺ軸方向に移動させる第２駆動装置
   と、 上記第１移動部材に、互いにＺ軸方向に離間されて根端
   を根端用枢軸で枢支され該根端用枢軸を支点にＺ軸方向
   と該Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向の（Ｚ−Ｙ）平面内で
   回動自在とされた互いに平行な一対の第１平行リンク
   と、 上記第２移動部材に、互いにＺ軸方向に離間されて基端
   を基端用枢軸で枢支され該基端用枢軸を支点に（Ｚ−
   Ｙ）平面内で回動自在とされた互いに平行な一対の第２
   平行リンクと、 上記各第１平行リンクの支端と各第２平行リンクの自由
   端とに支端用枢軸と自由端用枢軸とで枢支された上記固
   定部材と平行な支持部材とを具備したことを特徴とする
   工作機械。
4. 【請求項４】 第１移動部材あるいは第２移動部材のい
   ずれか１方の移動部材が固定部材の長手方向であるＺ軸
   方向に移動自在に取り付けられことをことを特徴とする
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載の工作機械。
5. 【請求項５】 第２移動部材が２つの半体に分割され、 一方の半体に一方の第２平行リンクが、また他方の半体
   に他方の第２平行リンクがそれぞれ枢支され、 第２駆動装置は、分割された２つの半体にそれぞれ設け
   られ上記２つの半体をＺ軸方向に個々及び互いに同期し
   て移動させ得る構成とされたことを特徴とする請求項１
   ないし３のいずれか１つに記載の工作機械。
6. 【請求項６】 第１移動部材と第２移動部材がそれぞれ
   ２つの半体に分割され、 第１移動部材の一方の半体に一方の第１平行リンクが、
   また他方の半体に他方の第１平行リンクがそれぞれ枢支
   されるとともに、 第２移動部材の一方の半体に一方の第２平行リンクが、
   また他方の半体に他方の第２平行リンクがそれぞれ枢支
   され、 第１駆動装置は、分割された２つの半体にそれぞれ設け
   られ上記第１移動部材の２つの半体をＺ軸方向に個々及
   び互いに同期して移動させ得る構成とされ、 第２駆動装置は、分割された２つの半体にそれぞれ設け
   られ上記第２移動部材の２つの半体をＺ軸方向に個々及
   び互いに同期して移動させ得る構成とされたことを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の工作機
   械。
7. 【請求項７】 請求項５又は６記載の工作機械の一対の
   第１平行リンクの長さと、一対の第２平行リンクの長さ
   のいずれか一方又は両方が互いに異なる長さとされたこ
   とを特徴とする工作機械。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の工作機械から、第
   １移動部材の１つの半体と該半体に枢支されたリンク、
   又は第１移動部材に枢支された１つのリンクが省かれた
   ことを特徴とする工作機械。
9. 【請求項９】 支持部材は、主軸ユニットあるいは、テ
   ーブルとこれらのＺ軸方向とＹ軸方向とに直交したＸ軸
   方向に移動させる主軸ユニット用あるいは、テーブル用
   駆動装置とを備えたことを特徴とする請求項１ないし８
   のいずれか１つに記載の工作機械。
10. 【請求項１０】 駆動装置の少なくとも１つがリニアモ
    ータとされたことを特徴とする請求項１ないし９のいず
    れか１つに記載の工作機械。
11. 【請求項１１】 駆動装置の少なくとも１つが、サーボ
    モータと該サーボモータの回転運動を直線運動に変換す
    るねじ機構とによって構成されたことを特徴とする請求
    項１ないし９のいずれか１つに記載の工作機械。
12. 【請求項１２】 支持部材は固定部材の上方にほぼ水平
    に配設され、該支持部材に支持部材を上に付勢する付勢
    機構が付設されたことを特徴とする請求項１ないし１１
    のいずれか１つに記載の工作機械。
13. 【請求項１３】 付勢機構は、コイル径の互いに異なる
    複数のコイルばねを、それらの少なくとも一部分をコイ
    ル径方向に重ねた状態で相互間に介在部材を装入してほ
    ぼ同心円状に直列に設けた構成とされたことを特徴とす
    る請求項１２記載の工作機械。
14. 【請求項１４】 移動部材又は半体の少なくとも１つ
    に、上記固定部材に設けられたリニアスケールに対して
    各々の位置を検出するセンサ部が設けられたことを特徴
    とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の工作
    機械。
15. 【請求項１５】 枢軸の少なくとも１つが、予圧を与え
    られて剛性を高められたベアリングを介して枢支された
    ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに
    記載の工作機械。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの枢軸の外周面の一面
    を平面として枢支されたことを特徴とする請求項１ない
    し１５のいずれか１つに記載の工作機械。