JP5094821B2 - 工作機械の滑り案内装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持体上に移動体を滑り移動可能に支持する工作機械の滑り案内装置に関する。

工作機械等の分野においては、ベッドやコラム等の支持体に案内面を形成するとともに、テーブルや主軸頭等の移動体に摺動面を形成し、案内面と摺動面の間に潤滑油を供給して支持体上に移動体を滑り移動可能に支持するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載のものは、摺動面における摩擦力を低減するため、摺動面に機械加工を施して油溜まりとなる多数の凹部を形成している。

特開２００６−２０７８１１号公報

しかしながら、摺動面に凹部を形成するだけでは、摩擦力を十分に低減することができず、加工精度に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、基準となる案内面が形成された支持体と、潤滑油を介して案内面上を摺動する摺動面が形成された移動体とで構成された工作機械の滑り案内装置であって、移動体は、摺動面にきさげ加工または機械加工により形成された油溜り用の多数の第一凹部を有し、支持体は、案内面にブラスト加工により摺動面との接触面を確保する密度で形成された油溜り用の多数の第二凹部を有することを特徴とする。

本発明によれば、案内面と摺動面にそれぞれ油溜り用の凹部が形成されるので、潤滑性が向上し、摺動面における摩擦力を十分に低減することができる。

本発明の実施の形態に係る滑り案内装置が適用される工作機械の概略構成を示す図である。 滑り案内装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る滑り案内装置の要部構成を示す拡大断面図である。 摺動面の部分の平面図である。

以下、図１〜図４を参照して、本発明による滑り案内装置の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る滑り案内装置が適用される工作機械の概略構成を示す図であり、一例として立形のマシニングセンタを示している。

ベッド１上にコラム２が立設され、コラム２に主軸頭３が上下方向（Ｚ方向）に昇降可能に支持されている。主軸頭３には下向きに工具４が取り付けられている。ベッド１上には水平方向（Ｙ方向）にスライド可能にサドル５が支持され、サドル５上にはＹ方向と直交する水平方向（Ｘ方向）にスライド可能にテーブル６が支持されている。すなわち、主軸頭３、サドル５およびテーブル６は、滑り案内装置１０により、それぞれコラム２、ベッド１およびサドル５に滑り移動可能に支持されている。この構成により工具４と、テーブル６上に取り付けられたワークＷとは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に相対移動し、ワークＷが加工される。

図２は、滑り案内装置１０の全体構成を示す断面図である。滑り案内装置１０は、摺動面Ｓ１を有する移動体１１と、摺動面Ｓ１に対向した案内面Ｓ２を有する支持体１２とを備える。移動体１１は、図１の主軸頭３、サドル５またはテーブル６のことであり、支持体１２は、それぞれコラム２、ベッド１またはサドル５のことである。移動体１１と支持体１２は、例えば鋳鉄等の金属を構成材とした鋳造品であり、必要に応じて機械加工されて形成される。移動体１１の下面にはナット部１５が設けられ、ナット部１５に、紙面垂直方向に延在する送りねじ１６が螺合されている。送りねじ１６は、モータにより回転駆動され、これにより移動体１１が案内面Ｓ２上を紙面垂直方向に滑り移動する。

移動体１１には、潤滑油供給孔１４が穿設され、摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２に潤滑油が供給される。潤滑油は、ポンプにより例えば数分毎に数ｍｌづつ供給される。なお、移動体１１は、浮き上がりを防止するため、支持体１２の両端部を抱き込むように構成され、移動体１１と支持体１２の各接触面に摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２が設けられている。

このような滑り案内装置１０によれば、移動体１１を面全体で滑り移動可能に支持するため、高い支持剛性が得られ、負荷能力が大きく、吸振性、耐衝撃性にも優れる。このため、ワークＷを精度よく支持することが必要な工作機械等に用いて好適であり、工作機械に滑り案内装置１０を適用することで、ワーク加工時の負荷変動に拘わらず、ワークＷを精度よく加工することができる。

一方、滑り案内装置１０は、摺動面Ｓ１における移動体１１と支持体１２の接触面積が大きいため、移動体１１の摩擦力、すなわち摺動抵抗が大きくなりやすい。とくにワーク加工時に移動体１１を往復動する場合には、摩擦力に起因して移動体１１の移動量に誤差が生じ、加工精度に悪影響を与えるおそれがある。本実施の形態では、移動体１１の摺動抵抗を抑えて精度よいワーク加工を実現するため、以下のように滑り案内装置１０を構成する。

図３は、本発明の実施の形態に係る滑り案内装置１０の要部構成を示す拡大断面図であり、摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２を拡大して示している。なお、図では便宜上、摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２を離間して示している。移動体１１の表面には、所定厚さｔ１（例えば１ｍｍ程度）の低摩擦摺動材１３が貼付され、低摩擦摺動材１３により摺動面Ｓ１が形成されている。低摩擦摺動材１３は、摩擦係数が小さく滑りやすい材質により構成すればよく、例えばフッ素樹脂等の樹脂材により構成できる。

摺動面Ｓ１にはきさげ加工または機械加工が施され、案内面Ｓ２に接触する全範囲にわたって多数の油溜り用の第一凹部２１が形成されている。この摺動面Ｓ１には、移動体１１に設けられた潤滑油供給孔１４（図２）を介して潤滑油が供給され、供給された潤滑油は摺動面Ｓ１に沿って各第一凹部２１に導かれる。これにより摺動面Ｓ１における摩擦係数が低減し、潤滑性が向上する。

この場合、移動体１１に低摩擦摺動材１３を貼付したことにより摺動面Ｓ１の硬さが低下するので、摺動面Ｓ１におけるきさげ加工が容易となる。機械加工によれば、短時間に所定の第一凹部２１を形成することができる。なお、各部品の加工誤差等に起因した摺動面Ｓ１の平面度の調整が必要な場合、摺り合せにより摺動面Ｓ１の当たり調整が同時に行われる。

第一凹部２１の形状について詳しく説明する。図４は、摺動面Ｓ１の部分平面図であり、楕円形状もしくは長円形状等の細長形状の閉曲線２３が多数規則的に描かれている。この閉曲線２３は、摺動面Ｓ１と第一凹部２１との稜線を表している。閉曲線２３の内側が皿状にくぼんだ第一凹部２１である。図中、移動体１１の移動方向をＸ，これに直交する方向をＹで示す。閉曲線２３の長手方向がＸＹ平面において４５度の傾きで交互に交差して配列され、閉曲線２３の端部が部分的に互いに重なり合っている。この閉曲線２３の端部が重なり合う部分２５は、第一凹部２１に溜まった潤滑油が隣の第一凹部２１に流れるための通路となり、摺動面Ｓ１の第一凹部２１に囲まれた部分が案内面Ｓ２との接触部２７となる。摺動面Ｓ１に供給された潤滑油は、第一凹部２１と通路２５を次々に流通して、摺動面Ｓ１の全面に行き渡る。

ここで、第一凹部１２の寸法の一例を示すと、閉曲線２３の長手方向の長さが７ｍｍ、長手方向と直交する方向の長さが３ｍｍ、深さｄ１が０，１２ｍｍ、ピッチＰｘ，Ｐｙがともに５ｍｍである。なお、ＸＹ平面における閉曲線２３の長手方向の傾き角度やピッチＰｘ，Ｐｙを変更して第一凹部２１を形成してもよい。

図３に示すように、案内面Ｓ２には、摺動面Ｓ１に接触する全範囲にわたって、多数の油溜り用の第二凹部３１が形成されている。これら第二凹部３１は、研削加工により案内面Ｓ２が所定の面粗度および平面度に表面仕上げされた後で、例えばブラスト加工により所定粒径の球状粒子（鋼球）を衝突させることで形成される。案内面Ｓ２には、摺動面Ｓ１との接触面を確保するような密度で第二凹部３１を形成する。ブラスト加工により形成された凹部の周辺には、微小なバリが生じるので、白砥石や油砥石などの砥石で除去したり、比較的軟らかい樹脂状の投射材を噴射させるブラスト加工によって除去したりして案内面Ｓ２を仕上げる。

案内面Ｓ２にブラスト加工すると、第二凹部３１の底面は、図示のように鋼球の形状に沿った球面状となる。第二凹部の曲率半径Ｒ２は鋼球の大きさ（粒径）に応じて定まるが、油溜りとしての機能を考慮すると、粒径は例えば２０μｍ〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。案内面Ｓ２の基準面としての役割を考慮すると、第二凹部３１の深さｄ２は１０μｍ以下が好ましい。深さｄ２を１０μｍ以下とすれば、基準面としての機能を損なうことなく、案内面Ｓ２に油溜りとしての機能を付与できる。第二凹部３１の深さｄ２は、粒子の噴射圧力を調整することで調整可能である。

このとき、互いに隣接する第一凹部２１間の接触部２７の長さＬ１が、第二凹部３１の長さＬ２よりも大きくなる。これにより摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２との接触面を十分に確保することができ、案内面Ｓ２を基準として移動体１１を精度よく支持することができる。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）移動体１１に形成された摺動面Ｓ１に油溜り用の第一凹部２１を設けるとともに、支持体１２に形成された案内面Ｓ２に油溜り用の第二凹部３１を設けるようにしたので、摺動面Ｓ１と案内面Ｓ２に十分に潤滑油を供給することができ、潤滑性が向上する。このため、移動体１１の摺動抵抗を抑えることができ、移動体１１の滑らかな往復動が可能となり、加工精度を高めることができる。
（２）移動体１１の表面に樹脂材などの低摩擦摺動材１３を貼付したので、摺動面Ｓ１への複雑形状のきさげ加工または機械加工が容易となる。また、案内面Ｓ２の磨耗が抑えられて基準面を一定に保つことができ、工作機械の精度を良好に保つことができる。
（３）案内面Ｓ２の研削加工後にブラスト加工をして第二凹部３１を形成するようにしたので、多数の第二凹部３１を容易に形成できる。また、粒径が一定の鋼球を用いるので、多数の第二凹部３１を均一に形成することができ、均一な潤滑性を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、機械加工により移動体１１の摺動面Ｓ１に油溜り用の第一凹部２１を形成するとともに、ブラスト加工により支持体１２の案内面Ｓ２に油溜り用の第二凹部３１を形成したが、これら凹部２１，３１の加工はいかなるものでもよい。例えば、手作業によるきさげ加工で第一凹部２１を形成してもよい。また、ボールエンドミルを用いた機械加工により第二凹部３１を形成してもよい。複数の第二凹部３１に対応した複数の凸部を有する工具を作成し、その工具を案内面Ｓ２に押し当てて第二凹部３１を形成してもよい。

以上では、立形のマシニングセンタに滑り案内装置１０を適用した例を説明したが、横形のマシニングセンタや他の工作機械にも本発明による滑り案内装置を同様に適用可能である。また、高い支持剛性を必要とする他の機械（例えば材料試験機や各種計測器等）にも同様に適用可能である。

４ 工具
１０ 滑り案内装置
１１ 移動体
１２ 支持体
１３ 低摩擦摺動材
２１ 第一凹部
２７ 接触部
３１ 第二凹部
Ｓ１ 摺動面
Ｓ２ 案内面

Claims (3)

1. 基準となる案内面が形成された支持体と、潤滑油を介して前記案内面上を摺動する摺動面が形成された移動体とで構成された工作機械の滑り案内装置であって、
   前記移動体は、前記摺動面にきさげ加工または機械加工により形成された油溜り用の多数の第一凹部を有し、
   前記支持体は、前記案内面にブラスト加工により前記摺動面との接触面を確保する密度で形成された油溜り用の多数の第二凹部を有することを特徴とした工作機械の滑り案内装置。
2. 請求項１に記載の工作機械の滑り案内装置において、
   前記摺動面に形成される互いに隣接した前記第一凹部間の接触部の長さが、前記第二凹部の長さよりも大きくなるように前記案内面に前記第二凹部が形成される工作機械の滑り案内装置。
3. 請求項１または２に記載の工作機械の滑り案内装置において、
   前記移動体は、その表面に貼付された低摩擦摺動材を有し、
   前記第一凹部は、前記低摩擦摺動材に形成されている工作機械の滑り案内装置。

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