JP4935623B2 - スライド式半浮上案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械などに用いられる移動部材を支持体上で案内する案内装置に関し、特に移動部材の摺動面と支持体の案内面との間に加圧した油を供給して摺動面と案内面とを半浮上状態として、支持体により移動部材を案内支持するスライド式半浮上案内装置に関するものである。

工作機械では、例えば、ベッド（支持体）と、ベッド上を移動するコラム（移動部材）が設けられている。例えば、ベッドには被加工物（工作物）が取り付けられ、コラムには加工手段（工具）や加工手段を駆動する駆動手段（工具駆動手段）等が設けられている。コラムをベッドに対して移動させる方法として、コラムが移動する時に、コラムのスライド面とベッドの案内面の間に加圧した潤滑液（潤滑油）を供給し、コラムをリフトさせるかさせない状態に保ってコラムの荷重の一部を潤滑油の圧力で支持させる、すなわち、コラムをベッドに対して半浮上させた状態で移動させる案内装置を用いた工作機械が知られている。このような工作機械は、たとえば、特許文献１に開示されている。

特許文献１には、ガイド板２１が取り付けられたベッド２と、スペーサ１１及び裏板１２でガイド板２１の外側下方を掴むように形成されたコラム２と、を有する半浮上式スライド案内機構（半浮上案内装置）が開示されている。なお、半浮上式スライド案内機構を構成する各装置の符号は、後述の本発明の実施の形態および図８の記載に対応した符号であり、特許文献１中で用いられた符号とは異なる。

コラム１の荷重の一部を潤滑油の圧力で支持する半浮上案内装置では、コラム１をベッド２から完全に浮上させる案内装置よりも裏板１２によるガイド板２１の支持が重要となっている。そして、半浮上案内装置では、コラム１のスライド面とベッド２のガイド板２１の上面である案内面２１ａの間のクリアランスの変化が案内精度に大きく影響する。

そして、半浮上案内装置では、裏板１２の対向面１２ａとガイド板２１の裏案内面２１ｂとの間に潤滑液がノズルを介して夫々供給される複数の静圧ポケット１５が、摺動方向に並設されている。この対向面１２ａに形成された静圧ポケット１５により、裏板１２の対向面１２ａとガイド板２１の裏案内面２１ｂとの間、及びコラム１のスライド面とベッド２のガイド板上面との間のクリアランスが確保され、これによりコラム１の案内精度が確保されていた。

そして、従来の半浮上案内装置では、摺動方向に垂直な幅方向の一方の端部でのみ裏板１２がスペーサ１１に固定されている。このため、裏板１２の端部では拘束が不十分となり、ガイド板２１に対する位置がずれやすくなっていた。特に、裏板１２が摺動方向に延在した形状であるため、図８に示したように、摺動方向の端部が互いに広がる方向（ガイド板２１から離反する方向）に裏板１２が湾曲することがある。

摺動方向の端部がガイド板から離反する方向に裏板が湾曲すると、コラムとベッドの間のクリアランスを数μｍに保持することが困難になる。これにより、送り姿勢変動の増加や送り精度が低下する。送り姿勢変動が増加すると、コラムの摺動面とベッドの案内面とが接触するようになり、摺動面に配されていた樹脂コーティングが摩耗し、送り精度をさらに低下するだけでなく、場合によっては移動のために必要な力（送り力）が過剰に上昇することとなる。さらに、摺動方向の端部側での裏板によるガイド板の支持が不十分となり、端部側での送り姿勢変動がより大きくなる。加えて、裏板の湾曲により、摺動方向の端部でのガイド板とのクリアランスが大きくなり、裏板の静圧ポケットに供給された潤滑液が流れ出るようになり、過剰な潤滑液が必要となるとともに静圧ポケットがガイド板を支持する支持力が大きく低下する。
特開２００２−２３９８５９号公報（第０００８−００１０段落、第２図）

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、移動部材と支持体との間が所定のクリアランスに保たれることで送り姿勢変動が小さく、送り精度が高くかつ摺動面の摩耗が抑えられたスライド式半浮上案内装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明者は裏板を備えたスライド式半浮上案内装置について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。

本発明の請求項１に係るスライド式半浮上案内装置は、移動部材を案内する案内部が移動部材の移動方向に延在して形成され、移動部材と案内部の上面との間にノズルを介して潤滑油が供給されて、移動部材が案内部に対して半浮上した状態で支持され、案内部には、下方に面した裏案内面が摺動方向に延在して形成され、移動部材には、裏案内面と微小隙間を有して対向する対向面が形成された裏板が固定され、対向面には、潤滑油供給装置から潤滑油がノズルを介して夫々供給される静圧ポケットが設けられたスライド式半浮上案内装置において、静圧ポケットは摺動方向に少なくとも３個並設され、少なくとも３個の静圧ポケットのうち、摺動方向の両端部に位置する静圧ポケットに発生する支持力が、他の静圧ポケットに発生する支持力よりも小さいことを特徴とする。

請求項２に係るスライド式半浮上案内装置は、請求項１のスライド式半浮上案内装置において、少なくとも３個の静圧ポケットのうち、摺動方向の両端部に位置する静圧ポケットに連通するノズルに供給される潤滑油の供給圧力が、他の静圧ポケットに連通するノズルに供給される潤滑油の供給圧力よりも小さいことを特徴とする。

請求項３に係るスライド式半浮上案内装置は、請求項１〜２のいずれかのスライド式半浮上案内装置において、少なくとも３個の静圧ポケットの中、摺動方向の両端部に位置する静圧ポケットに連通するノズルの絞り比が、他の静圧ポケットに連通するノズルの絞り比よりも大きいことを特徴とする。

請求項１に係るスライド式半浮上案内装置によれば、裏板に形成された少なくとも３個の静圧ポケットのそれぞれに発生する案内部を支持する支持力（案内部を押圧する押圧力）が摺動方向の両端で小さくなっており、裏板の摺動方向の端部がガイド板から離反する方向に裏板が変形しにくくなっている。この結果、裏板の変形による移動部材の送り姿勢変動が小さくなり、本発明の案内装置は、移動部材の送り精度が高くなるとともに摺動面の摩耗が抑えられるという効果を発揮する。

請求項２に係るスライド式半浮上案内装置によれば、静圧ポケットに連通したノズルのそれぞれに供給される潤滑油の圧力を調節することにより、それぞれの静圧ポケットに発生する支持力を独立して調節することができるという効果を発揮する。

請求項３に係るスライド式半浮上案内装置によれば、静圧ポケットに連通したノズルの絞り比を調節することにより、それぞれの静圧ポケットに発生する案内部を押圧する押圧力を容易に調節することができるという効果を発揮する。

以下に本発明のスライド式半浮上案内装置を、実施の形態を用いてより具体的に説明する。

（第一実施形態）
本発明の実施形態としてのスライド式半浮上案内装置を備えた工作機械は、図１，２に示すように、工作物４を積載するテーブル３、工具主軸７０等を搭載するコラム１、テーブル３とコラム１を支持するベッド２、工作機械を制御する制御装置（図示せず）等から構成されている。コラム１が本願発明の請求項の移動部材に相当し、ベッド２が支持体に相当する。テーブル３は、サーボモータ５ａによりＸ軸方向（紙面に対して垂直方向）に駆動される。

コラム１は、サーボモータ５ｃによりＺ軸方向（図１の左右方向）に駆動される。コラム１に支承された主軸ヘッド７は、サーボモータ５ｂによりＹ軸方向（図１の上下方向）に駆動される。主軸ヘッド７には、工具主軸７０が軸承されて、主軸ヘッド７に固定された主軸モータ７１により回転駆動されるようになっている。

ベッド２は、例えば、鋳物によって一体構造等で形成されている。ベッド２には、ガイド板取付部２０が２箇所にＺ軸方向に沿って設けられている。そして、ガイド板２１が、ベッド２のガイド板取付部２０にボルト（図示せず）で取付けられている。ガイド板２１は、外側の端部がガイド板取付部２０から外方に突出した状態で取付けられている。このガイド板２１が本願発明の請求項における案内部に相当する。

コラム１は、ガイド板２１の上面に形成された案内面２１ａ上に載置される。コラム１の、ガイド板２１の案内面２１ａに対向する面（下面）１０ａには、例えば、フッ素樹脂摺動材等からなる摺動材１４が貼付されている。そして、案内面２１ａに摺動材１４の摺動面１４ａが当接するかしないかの状態で、案内面２１ａの延在する方向にコラム１がスライドできるようになっている。

案内面２１ａと対向した摺動面１４ａには、図３に示したように、コラム１の荷重の一部を支持するための潤滑油が供給される軸受ポケットとしての複数の潤滑油溝１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが刻設されている。潤滑油溝１６Ａ〜Ｃは、コラム１のベッド２に対する摺動方向（図１のＺ軸方向）にそって並んだ状態で形成されている。潤滑油溝１６Ａ〜Ｃの具体的な形状（溝１６が摺動面１４ａに描く形状）は特に限定される物ではなく、従来公知の形状とすることができる。本実施形態では、潤滑油溝１６Ａ，１６Ｃは略方形状に、潤滑油溝１６Ｂはクランク状に形成されている。

この潤滑油溝１６Ａ〜Ｃには、図示されない潤滑油源から潤滑油が供給される。ここで、潤滑油源から供給された潤滑油の流量は、潤滑油源を発した時の圧力および潤滑油が流れる流路中にもうけられたノズル６３及び潤滑油が潤滑油溝１６Ａ〜Ｃから外部に流出するときの抵抗により決定される。潤滑油溝１６Ａ〜Ｃ内に供給された潤滑油は、潤滑油溝１６Ａ〜Ｃ内に充満して圧力を発生し、コラム１の荷重の一部を潤滑油が受ける。

また、図２，３に示したように、コラム１の下面の二つの摺動材１４が貼付された間の中間の位置には、ナット２２が固定して設けられている。ナット２２には、二つのガイド板２１の間で平行な状態でベッド２に両端が軸支されたボールねじ軸１９が螺合している。ボールねじ軸１９を周方向に回転することにより、ナット２２を介してコラム１が摺動方向にスライドされる。これらナット２２，ボールねじ軸１９，サーボモータ５等によって駆動機構が構成される。テーブル３や主軸ヘッド７の駆動機構についても、コラム１の駆動機構と同様の方法で構成されている。

ガイド板２１の下方に面した裏案内面２１ｂに対向した裏板１２の対向面１２ａには、コラム１のベッド２に対する摺動方向にそって並んだ複数の静圧ポケット１５が形成されている。本実施形態では、図４にその概略を示したように、３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが形成されている。それぞれの静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、対向面１２ａからくぼんだ凹部よりなる。それぞれの静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、開口部が方形状をなすように形成されている。

そして、３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのそれぞれに潤滑油を供給する潤滑油供給系６が設けられている。潤滑油供給系６は、図５に示すように、加圧された潤滑油を供給する潤滑油ポンプユニットなどの潤滑油源６０と、潤滑油源６０から供給される潤滑油の圧力を調節する圧力調節弁６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃと、潤滑油源６０とそれぞれの静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃをお互いが独立した状態で連通した管路６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃと、管路の静圧ポケット１５側の端部にもうけられたノズル６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃと、を有している。また、潤滑油供給系６は、図示されない手段により、潤滑油源６０に貯留した潤滑油を静圧ポケット１５に供給した後、回収し、油水分離とフィルタ濾過を実施した後潤滑油源６０に戻している。そして、潤滑油供給系６では、圧力調節弁６３Ａ〜Ｃにより、管路６２Ａ〜Ｃを流れる潤滑油の圧力が調節される。

本実施形態においては、潤滑油供給系６の三つのノズル６１Ａ〜Ｃは、絞り比が同じとなるように設定されており、圧力調節弁６３Ａ〜Ｃを制御することで３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに供給される潤滑油の圧力が調節されている。具体的には、圧力調節弁６３Ａ〜Ｃを制御することで、３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうち、両端部に位置する２個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｃ内での潤滑油の圧力は、中央の静圧ポケット１５Ｂ内の潤滑油の圧力よりも小さくなっている。この潤滑油の圧力差により、夫々の静圧ポケットにおいて発生するガイド板２１を押圧する押圧力が、中央部が大きく、両端部が小さくされている。この押圧力の差により、裏板１２の両端部がガイド板２１から受ける反発力が部分的に小さくなり、裏板１２の摺動方向の両端部が裏案内面２１ｂから離反する方向に湾曲することが抑えられる。また、静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃごとに圧力調節弁６３Ａ〜Ｃを設けるかわりに、静圧ポケットごとに個別の潤滑油供給源と独立した管路を設けてもよい。

本実施形態のスライド式半浮上案内装置を備えた工作機械においては、コラム１の摺動材１４の摺動面１４ａに形成された潤滑油溝１６に潤滑油が供給され、潤滑油溝１６に供給された潤滑油の圧力によりコラム１の荷重が一部軽減され、コラム１の移動を小さな駆動力で精度よく案内できるようになっている。そして、裏板１２の湾曲が抑えられたことで、裏板１２がガイド板２１の裏案内面２１ｂを高精度に支持することができ、コラム１がガイド板２１の案内面２１ａに垂直な方向に変動することを抑えることができ、コラム１の摺動面１４ａとベッド２の案内面２１ａとの間の微小なクリアランスを保持してコラム１を高精度に案内することができる。

本実施形態のスライド式半浮上案内装置を備えた工作機械においては、コラム１の摺動面１４ａとガイド板のスライド面２１ａとの間の数μｍと微小なクリアランスを保持することで、摺動面１４ａと案内面２１ａとの接触が抑えられ、摺動面１４ａを形成する摺動材１４の摩耗が抑えられている。摺動材１４の摩耗が抑えられたことで、摺動面１４ａと案内面２１ａとのクリアランスの変化や、摩耗粉が介在することによる移動抵抗の上昇を抑えることができる。

また、裏板１２の湾曲（変形）が抑えられたことで、裏板１２のスライド面１２ａの全面でガイド板２１を支持できるものとなっている。裏板１２がガイド板２１を摺動方向での全長で支持することとなり、コラム１が移動（摺動）したときの姿勢の変動をより抑えることができる。

（静圧ポケットの変形形態）
上記の第一実施形態では静圧ポケット１５は対向面１２ａに形成された凹部よりなっていたが、図６に示したように、所定の幅および所定の深さの油溝１７を環状に刻設して形成してもよい。ここで、油溝１７の環状とは、油溝１７に全周が囲まれた形態であれば、外周が方形でも円形でもいずれでもよい。この形態では、外形を区画する油溝１７を含み油溝１７に囲まれた範囲（図６中の斜線で塗りつぶされた範囲）において、ガイド板２１を支持する支持力が発生する。この油溝１７に囲まれた範囲（図６中の斜線で塗りつぶされた範囲）が、静圧ポケットとなる。

この変形形態の静圧ポケットでは、油溝１７供給された潤滑油が、油溝１７に囲まれた部分に流れ込み、コラムが摺動面に対して直角方向に動いた場合、動圧が発生して垂直方向の動きを抑制する。

（第二実施形態）
本実施形態は、潤滑油供給系６の構成が異なること以外は、第一実施形態と同様な構成のスライド式半浮上案内装置を備えた工作機械である。

本実施形態の潤滑油供給系６は、図７に示したように、潤滑油源６０とそれぞれの静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを連通する管路が、圧力調節弁６３Ｄの下流で３本６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに分岐した構成となっている。

本実施形態においては、圧力調節弁６３Ｄにより、管路６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに流れ込む潤滑油の圧力は同じ圧力となっている。そして、本実施形態においては、ノズル６１Ａ〜Ｃの抵抗を変えることにより、ノズル６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃの絞り比（静圧ポケット内の潤滑油の圧力／ノズル通過前の潤滑油の圧力）がそれぞれ独立して設定されている。本実施形態においては、３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうち、両端部に位置する２個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｃに連通したノズル６１Ａ，６１Ｃの絞り比が、中央の静圧ポケット１５Ｂに連通したノズル６１Ｂの絞り比よりも小さくなるように設定されている。

このノズル６１Ａ〜Ｃの絞り比の差により、夫々の静圧ポケットにおいて発生するガイド板２１を押圧する押圧力が、中央部が大きく、両端部が小さくなる。この押圧力の差により、裏板１２がガイド板２１から受ける反発力が部分的に小さくなり、裏板１２の摺動方向の両端部が裏案内面２１ｂから離反する方向に湾曲することが抑えられる。すなわち、本実施形態においても第一実施形態の時と同様な効果を発揮できた。

（第三実施形態）
本実施形態は、裏板１２に形成された３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの開口部（対向面１２ａからくぼんだ部分）の面積が異なるとともに、静圧ポケット１５Ａ，１５Ｃに発生する圧力がほぼ等しくなるように圧力調整弁が調整される。

具体的には、両端部に位置する二つの静圧ポケット１５Ａ，１５Ｃの開口部の面積を小さく、中央の静圧ポケット１５Ｂの開口部の面積を大きくしている。潤滑油が供給された静圧ポケット１５に発生する支持力（Ｆ）は、数１式に示したように、静圧ポケット１５内の潤滑油の圧力（Ｐ）と開口部の面積（Ｓ）の積である。

(数１) Ｆ＝Ｐ×Ｓ

このため、３個の静圧ポケット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに発生するガイド板２１を押圧する押圧力が、中央部が大きく、両端部が小さくなっている。この押圧力の差により、裏板１２の湾曲が抑えられる。すなわち、本実施形態においても、静圧ポケットの間の面積を調節することで、第一実施形態の時と同様な効果を発揮できた。

（その他の変形形態）
上記の各実施形態においては、裏板１２に形成された静圧ポケット１５は三つであったが、静圧ポケット１５の数は三つ以上であれば特に限定されるものではなく、四つ以上であってもよい。

第一実施形態のスライド式半浮上案内装置を備えた工作機械の構成を示した側面図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図である。 図１に示す工作機械のコラムの下面を示した図である。 裏板の対向面を示した図である。 潤滑油供給系の構成を示した図である。 静圧ポケットの変形形態を示した図である。 第二実施形態のスライド式半浮上案内装置の潤滑油供給系の構成を示した図である。 従来のスライド案内機構において湾曲した押え板を示した断面図である。

符号の説明

１：コラム １１：スペーサ
１２：裏板 １３：ボルト
１４：摺動材 １５：静圧ポケット
１６：保持部
２：ベッド ２０：ガイド板取付部
２１：ガイド板
３：テーブル
４：工作物
５：サーボモータ
６：潤滑油供給系 ６０：潤滑油源
６１：ノズル ６２：管路
６３：圧力調節弁
７：主軸ヘッド ７０：工具主軸
７１：主軸モータ

Claims (3)

1. 移動部材を案内する案内部が前記移動部材の移動方向に延在して形成され、前記移動部材と前記案内部の上面との間にノズルを介して潤滑油が供給されて、前記移動部材が前記案内部に対して半浮上した状態で支持され、前記案内部には、下方に面した裏案内面が摺動方向に延在して形成され、前記移動部材には、前記裏案内面と微小隙間を有して対向する対向面が形成された裏板が固定され、前記対向面には、潤滑油供給装置から潤滑油がノズルを介して夫々供給される静圧ポケットが設けられたスライド式半浮上案内装置において、
   前記静圧ポケットは前記摺動方向に少なくとも３個並設され、前記少なくとも３個の静圧ポケットのうち、前記摺動方向の両端部に位置する前記静圧ポケットに発生する支持力が、他の静圧ポケットに発生する支持力よりも小さいことを特徴とするスライド式半浮上案内装置。
2. 前記少なくとも３個の静圧ポケットのうち、前記摺動方向の両端部に位置する静圧ポケットに連通するノズルに供給される潤滑油の供給圧力が、他の静圧ポケットに連通するノズルに供給される潤滑油の供給圧力よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のスライド式半浮上案内装置。
3. 前記少なくとも３個の静圧ポケットの中、前記摺動方向の両端部に位置する静圧ポケットに連通するノズルの絞り比が、他の静圧ポケットに連通するノズルの絞り比よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスライド式半浮上案内装置。

Images