JP5239397B2

JP5239397B2 - バランスシリンダ装置

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Publication number: JP5239397B2
Application number: JP2008047667A
Authority: JP
Inventors: 英樹岩井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009202290A

Description

本発明は、工作機械に装架されるバランスシリンダ装置、特にバランスシリンダ装置の調心機構に関する。

工作機械のワークや工具を保持する移動体を移動装置により上下移動させるにあたり、バランスシリンダ装置は、移動体に常に適当な上向きの力を付与して、移動体の重量の全て又は一部とバランスさせるものである。移動体は、バランスシリンダ装置のシリンダ及びピストンの一方に固定され、基台は、シリンダ及びピストンの他方に固定されている。ピストンとシリンダとの間に形成されているシリンダ室には、圧力エアが供給される。圧力エアのシリンダ室への供給量を増減させることにより、シリンダ室が拡大縮小されて、基台に対する移動体の上下移動量が調整される（特許文献１）。

ところで、ワークに精密な加工をする場合には、工具とワークとの相対位置を高精度に調整する必要がある。このため、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間は、非接触であることが望まれる。このような非接触バランスシリンダ装置においては、ピストンとシリンダとの間の隙間からのエア流出量を少なくするために、当該隙間の幅が２０〜３０μｍと非常に狭く設定されている。それゆえ、ピストンとシリンダとの相対位置が僅かでも同軸上からずれた状態で、ピストン及びシリンダが超精密加工用の加工機械に組みつけられると、ピストンとシリンダとが接触するおそれがある。ピストンとシリンダとの接触を防止するために、ピストン及びシリンダを加工機械に組み付ける際には、ピストンとシリンダとが正確に同軸に位置するようにバランスシリンダ装置の調心を行う必要がある。したがって、ピストン及びシリンダの組み付け作業は、非常に難易度の高い作業であった。

また、バランスシリンダ装置を加工機械に組み付けた後に、バランスシリンダ装置の調心をしたいという要望があった。
特開２００４−２０９５５０号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、加工機械に組み付けた後にも、ピストンとシリンダとが正確に同軸に位置するように調心を行うことができるバランスシリンダ装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、工作機械の基台に上下のＹ軸方向に移動可能に装架され移動手段により昇降される移動部材に、バランスシリンダ装置のピストン及びシリンダの一方が支持され、前記ピストン及びシリンダの他方が前記基台に支持され、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成されるシリンダ室に圧力流体を供給して前記移動部材の重量を支持する前記バランスシリンダ装置において、
前記ピストンと前記シリンダとが嵌合する前記ピストンの外周面又は前記シリンダの内周面に形成され圧縮空気を供給されて前記ピストンと前記シリンダとの間の嵌合隙間を全周に亘って均等に自動調心する空気軸受と、
前記空気軸受に供給された前記圧縮空気によって前記ピストンと前記シリンダとが同軸上に位置するように、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の間に介設されて、前記ピストン及び前記シリンダの一方の前記移動部材に対する水平面内でのＸ軸方向の微動及び前記ピストン及び前記シリンダの他方の前記基台に対する水平面内でのＺ軸方向の微動の少なくとも一方の微動を可能とすることにより前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の相対移動を許容し、若しくは、前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間に介設されて、前記ピストン又は前記シリンダの前記移動部材又は前記基台に対する水平面内での前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向の少なくとも一方の軸方向の微動を可能とすることにより前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間の相対移動を許容する位置調整手段と、
前記ピストン又は前記シリンダに設けられて、前記空気軸受よりも前記シリンダ室側に近接する位置に開口して前記空気軸受から流通してきた前記圧縮空気を排出する軸受エア排出管と、を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記位置調整手段は、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の間に介在され、本体部と外側部とが複数のヒンジ部を残してスリットにより分離された微動台で構成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記位置調整手段は、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間に介在され、本体部と外側部との前記Ｘ軸方向の相対微動を許容する第１の微動台と、前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間に介在され、本体部と外側部との前記Ｘ軸方向と直角なＺ軸方向の相対微動を許容する第２の微動台とで構成されていることを特徴とする。

前記請求項１に係る発明によれば、位置調整手段が、空気軸受に供給された圧縮空気によってピストンとシリンダとが同軸上に位置するように、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の間に介設されて、前記ピストン及び前記シリンダの一方の前記移動部材に対する水平面内でのＸ軸方向の微動及び前記ピストン及び前記シリンダの他方の前記基台に対する水平面内でのＺ軸方向の微動の少なくとも一方の微動を可能とすることにより前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の相対移動を許容し、若しくは、前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間に介設されて、前記ピストン又は前記シリンダの前記移動部材又は前記基台に対する水平面内での前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向の少なくとも一方の軸方向の微動を可能とすることにより前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間の相対移動を許容している。このため、空気軸受に圧縮空気を供給することによって、ピストンとシリンダとの間の嵌合隙間を自動調心することができる。従って、ピストンとシリンダとを正確に同軸に位置させることができる。

バランスシリンダ装置を加工機械に組み付けた後に、空気軸受に圧縮空気を供給することによって、バランスシリンダ装置の作動中に、ピストンとシリンダとを自動調心することができる。ゆえに、バランスシリンダ装置の組み付け時に調心作業を精密に行う必要がない。

また、位置調整手段が、ピストンとシリンダとの相対位置を水平面内で移動可能にしているため、ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とを容易に一致させることができる。このため、ピストンとシリンダとの自動調心を正確に行うことができる。

前記請求項２に係る発明によれば、ピストンとシリンダとを簡素な構成で確実に、自動調心させることができる。

前記請求項３に係る発明によれば、微動台を分散配置することにより微動台の微動が円滑となり、ピストンとシリンダとをよりスムーズに自動調心させることができる。

本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るバランスシリンダ装置は、加工機械としての超精密加工装置のワーク移動装置に装備されている。図１、図２に示すように、超精密加工装置９は、ベッド２と、ワークWをＹ軸及びＺ軸上に移動させ、Ｃ軸周りに回転させるワーク移動装置９１と、工具ＴをＸ軸上に移動させ、Ｂ軸周りに回転させる工具移動装置９２とを備えている。

ワーク移動装置９１は、ベッド２上に装架されＺ軸方向に移動可能なテーブル９０と、テーブル９０に立設された基台としてのコラム３と、コラム３に装架されＹ軸方向に上下移動可能な移動部材としてのスライドテーブル９３と、スライドテーブル９３に支持された主軸ヘッド９４と、主軸ヘッド９４の先端に支承されてワークＷをＣ軸回りに回転させる主軸９９とをもつ。

ベッド２は、Ｚ軸方向に延設されたＺ軸リニアモータマグネット（図示略）及びＺ軸ガイド２３、並びにＸ軸方向に延設されたＸ軸リニアモータマグネット（図示略）及びＸ軸ガイド２２を備えている。Ｚ軸、Ｘ軸は水平面内で互いに直交している。

テーブル９０には、ベッド２上のＺ軸リニアモータマグネットと対向配置されたＺ軸リニアモータコイル（図示略）と、ベッド２上のＺ軸ガイド２３に移動可能に支承された滑動体（図示略）とが固定されている。Ｚ軸リニアモータコイルに通電することにより、テーブル９０は、Ｚ軸ガイド２３にガイドされながらＺ軸方向に移動する。

コラム３は、テーブル９０に立設した立設部３１と、立設部３１の側面に固定された側部３２とを有する。

図１に示すように、コラム３の側部３２には、Ｙ軸リニアモータマグネット９８ａ及びY軸ガイド９８ｂがＹ軸方向（上下方向）に延設されている。また、スライドテーブル９３には、Ｙ軸リニアモータマグネット９８ａ及びＹ軸ガイド９８ｂにそれぞれ対向配置されたＹ軸リニアモータコイル９８ｃ及び滑動体９８ｄが配設されている。Ｙ軸リニアモータコイル９８ｃに通電することにより、スライドテーブル９３は、滑動体９８ｃを介して、Ｙ軸ガイド９８ｂにガイドされながらＹ軸方向に移動する。上記Ｙ軸リニアモータマグネット９８ａ、Ｙ軸ガイド９８ｂ、Ｙ軸リニアモータコイル９８ｃ及び滑動体９８ｄは、スライドテーブル９３をＹ軸方向に移動させる移動手段９８を構成している。

また、図２，図３に示すように、コラム３の側部３２の上には、スライドテーブル９３の重量を支持するバランスシリンダ装置１が配設されている。バランスシリンダ装置１は、コラム３の側部３２上に配設されたピストン４と、スライドテーブル９３の側面に配設されたシリンダ５と、ピストン４の内部に配設された流体供給管としてのシリンダエア供給管６１と、ピストン４の内部に配設された軸受エア供給管６２及び軸受エア排出管６８と、コラム３とピストン４との間に介設されたＺ軸方向に微動可能な位置調整手段としてのＺ軸微動台７１と、スライドテーブル９３とシリンダ５との間に介設されたＸ軸方向に微動可能な位置調整手段としてのＸ軸微動台７２とをもつ。

ピストン４は、円柱形状を呈しており、その軸方向は、超精密加工装置９のＹ軸方向（上下方向）に一致している。そして、ピストン４の軸方向基端部には、径方向に突出するフランジ部４０が設けられている。ピストン４の外周面４１は、略円形断面を有し、一般部４１ａと、一般部４１ａよりも軸方向先端に近い部分に位置し一般部４１ａよりも大径の軸受部４１ｂとをもつ。軸受部４１ｂには、その周方向に間隔をおいて、後述の軸受エア供給管６２が開口している空気軸受４４が形成されている。即ち、空気軸受４４は、ピストン４の外周面４１の軸受部４１ｂにおける、軸受エア供給管６２の開口周縁に形成されている。図４に示すように、ピストン４の外周側にはシリンダ５が軸方向にスライド可能に同軸上に配設されている。

シリンダ５は、有底筒形状であって、筒形状で軸方向の両端に開口部５０ａ、５０ｂをもつ本体５０と、蓋体５２とをもつ。シリンダ５の本体５０の内周面５１は、円形の開口断面を有し、ピストン４の外周面４１に対して非接触で嵌合している。本体５０の内周面５１とピストン４の外周面４１との間には、円環状の環状隙間８０が形成されている。シリンダ５の軸方向の一端に形成されている開口部５０ａは、蓋体５２で被覆されている。シリンダ５の軸方向の一端側と蓋体５２とピストン４との間には、シリンダ室８１が形成されている。シリンダ室８１は、シリンダ５の軸方向のスライドによって拡大縮小される。図３に示すように、シリンダ５の軸方向の他端部に形成されている開口部５０ｂとピストン４との間には、環状隙間８０を大気側に開放させる大気開放端８３が形成されている。

図３，図４に示すように、ピストン４とシリンダ５との間に形成された環状隙間８０は、大気開放端８３側に位置する一般隙間８４と、一般部８４よりもシリンダ室８１側において一般隙間８４よりも径方向の幅が狭い嵌合隙間８５とからなる。一般隙間８４は、シリンダ５の本体５０の内周面５１とピストン４の外周面４１の一般部４１ａとの間に形成されている。嵌合隙間８５は、シリンダ５の本体５０の内周面５１とピストン４の外周面４１の軸受部４１ｂとの間に形成されている。この嵌合隙間８５は、径方向の幅が通常２０〜３０μｍであり、非常に狭い空間であり、嵌合隙間８５においてシリンダ５及びピストン４が互いに嵌合している。このため、バランスシリンダ装置１の作動時にシリンダ室８１から流出されるエア流出量は、この嵌合隙間８５の開口断面の面積で決まる。

図３に示すように、シリンダエア供給管６１は、ピストン４の内部にその軸方向に沿って延在している。シリンダエア供給管６１の長手方向の一端６１ａは、シリンダ室８１に開口しており、他端６１ｂは、ピストン４の軸方向基端部近傍の側面に開閉可能に開口している。嵌合隙間８５から大気開放端８３へのエア流出量を考慮して、シリンダエア供給管６１からシリンダ室８１に供給される圧力流体としてのシリンダエアの供給量を調整することで、シリンダ室８１のエア圧が調整される。

軸受エア供給管６２は、ピストン４の軸中心に配設され軸方向に直線状に延在する第１通路６３と、第１通路６３に接続しピストン４の径方向に延びる第２通路６４とからなる。第１通路６３の長手方向の上端６３ａは、ピストン４の内部で詰栓６３ｃ等によって閉塞されて、軸受エア供給管６２からシリンダ室８１へは直接に圧縮空気が供給されないようになっている。第１通路６３の長手方向の下端６３ｂは、ピストン４の軸方向基端部近傍の側面に開閉可能に開口している。第２通路６４は、第１通路６３の上端６３ａの近傍に接続されている。図５に示すように、第２通路６４は、ピストン４の径方向に、ピストン４の軸中心を中心としてＸ字状、即ち４方向に同角度（９０°）で放射状に延在している。第２通路６４の径方向外側には、ピストン４の外周面４１の軸受部４１ｂに形成された空気軸受４４のエアポケット６４ａが開口している。従って、エアポケット６４ａは、ピストン４の周方向の４ヶ所に等間隔に配置されている。そして、図５，図６に示すように、第2通路６４には、各エアポケット６４ａの内側に、径方向断面を狭くするオリフィス６４ｂが圧入され、空気軸受４４が構成されている。

軸受エア排出管６８は、ピストン４の内部に配設されており、その上方開口部は、ピストン４の軸受部４１ｂにおける、空気軸受４４よりもシリンダ室８１に近接する位置に形成された環状溝６８ａに連通している。また、軸受エア排出管６８の下方開口部６８ｂは、ピストン４の大気開放端８３よりも下側の周面に大気側に開口している。

Ｚ軸微動台７１は、図３，図７、図８に示すように、金属製の矩形の板状体である。Ｚ軸微動台７１は、ピストン４がボルト４２ａ等の締結手段により固定された本体部７１ａと、本体部７１ａの両側に配設されコラム３にボルト４２ｃ等の締結手段により固定された外側部７１ｂと、本体部７１ａと外側部７１ｂとの間に形成されＺ軸方向に延びる長穴状のスリット７１ｃと、スリット７１ｃの両端において本体部７１ａと外側部７１ｂとを連結する可撓性のヒンジ部７１ｄとを有する。ヒンジ部７１ｄは、Ｚ軸方向の両側からスリット７１ｃに向かって形成された円弧形状の穴７１ｇによってＺ軸方向の幅が狭くなっている。このため、ヒンジ部７１ｄを挟んで本体部７１ａにＺ軸方向の荷重が加わると、ヒンジ部７１ｄがＺ軸方向に変形して、本体部７１ａを外側部７１ｂに対してＺ軸方向に微動させる。本体部７１ａの底部７１ｅは、外側部７１ｂの底部７１ｆよりも窪んでいる。外側部７１ｂの底部７１ｆは、コラム３に対してボルト４２ｄにより固定されて、コラム３の上面に当接している。一方、本体部７１ａの底部７１ｅは、コラム３の上面との間に隙間が形成されて非接触であるため、可撓性のヒンジ部７１ｄの変形によってコラム３に対して微動が可能である。本体部７１ａの上面にはボルト４２ａが螺合する４個の雌ねじ４２ｆが設けられ、各外側部７１ｂにはボルト４２ｃが挿通する２個の貫通穴４２ｇが夫々穿設されている。

Ｘ軸微動台７２は、図３、図９に示すように、金属製の矩形の板状体である。Ｘ軸微動台７２は、シリンダ５がボルト４２ｂ等の締結手段により固定された本体部７２ａと、本体部７２ａの上下両側に配設されスライドテーブル９３にボルト４２ｄ等の締結手段により固定された外側部７２ｂと、本体部７２ａと外側部７２ｂとの間に形成されたＸ軸方向に延びる長穴状のスリット７２ｃと、スリット７２ｃの両端において本体部７２ａと外側部７２ｂとを連結する可撓性のヒンジ部７２ｄとを有する。ヒンジ部７２ｄは、Ｘ軸方向の両側からスリット７２ｃに向かって形成された円弧形状の穴７２ｇによってＸ軸方向の幅が狭くなっている。このため、ヒンジ部７２ｄを挟んで本体部７２ａにＸ軸方向の荷重が加わると、ヒンジ部７２ｄがＸ軸方向に変形して、本体部７２ａを外側部７２ｂに対してＸ軸方向に微動させる。Ｘ軸微動台７２も、Ｚ軸微動台７１と同様に、本体部７２ａの底部７２ｅは、外側部７２ｂの底部７２ｆよりも窪んでいる。外側部７２ｂの底部７２ｆは、スライドテーブル９３に対してボルト４２ｄにより固定されて、スライドテーブル９３の側面に当接している。一方、本体部７２ａの底部７２ｅは、スライドテーブル９３の側面との間に隙間が形成されて非接触であるため、可撓性のヒンジ部７２ｄの変形によってスライドテーブル９３に対して微動が可能である。本体部７２ａの上面にはボルト４２ｂが螺合する６個の雌ねじ４２ｈが設けられ、各外側部７２ｂにはボルト４２ｄが挿通する２個の貫通穴４２ｉが夫々穿設されている。

図２、図３に示すように、スライドテーブル９３には、Ｚ軸方向で工具Ｔに向かって延びる主軸ヘッド９４が装架されている。主軸ヘッド９４には主軸９９がＺ軸と平行に回転可能に軸承され、主軸９９の軸方向先端にはワークＷを保持するチャックが装架されている。主軸９９は、Ｚ軸方向に延びる中心軸（Ｃ軸）を中心として、ＤＤモータなどによって回転駆動される。

図１に示すように、超精密加工装置９に配設されている工具移動装置９２は、ベッド２の上に装架されＸ軸方向に移動可能なテーブル９５と、テーブル９５上に装架されＢ軸（垂直軸）回りに回転可能な回転テーブル９６と、回転テーブル９６の上に固定され工具Ｔを保持する工具ホルダ９７とをもつ。

テーブル９５には、ベッド２上のＸ軸リニアモータマグネットと対向配置されたＸ軸リニアモータコイル（図示略）と、ベッド２上のＸ軸ガイド２２に移動可能に支承された滑動体（図示略）とが固定されている。Ｘ軸リニアモータコイルに通電することにより、テーブル９５は、Ｘ軸ガイド２２にガイドされながらＸ軸方向に移動する。回転テーブル９６は、垂直軸（Ｂ軸）を中心として、ＤＤモータ等により回転駆動される。

ワークＷは、ワーク移動装置９１によって、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に移動されるとともに、Ｃ軸周りに回転される。工具Ｔは、工具移動装置９２によって、Ｘ軸方向に移動されるとともに、Ｂ軸周りに回転される。ワーク移動装置９１及び工具移動装置９２のこれらの移動及び回転を駆動する各軸リニアモータ及びＤＤモータは、工具ＴとワークＷとが所望の相対速度で相対位置に移動するように図略の制御装置で制御されている。

本実施形態の作動について説明する。シリンダエア供給管６１からシリンダ室８１に加圧流体としてのシリンダエアを供給するとともに、軸受エア供給管６２から空気軸受４４に圧縮空気を供給する。シリンダエア供給管６１からシリンダ室８１に供給されるシリンダエアの供給量は、移動手段９８によってＹ軸方向に移動されるスライドテーブル９３の移動量に応じて調整される。シリンダエアの供給量を増加させると、シリンダ室８１内のエア圧が上昇して、シリンダ５が上方向に移動し、バランスシリンダ装置１のスライドテーブル９３の重量支持点が上昇する。シリンダエアの供給量を減少させると、シリンダ室８１内のエア圧が減少して、シリンダ５が下方向に移動し、バランスシリンダ装置１のスライドテーブル９３の重量支持点が下降する。このようにシリンダ５の上下方向（Ｙ軸方向）の移動によって、スライドテーブル９３の重量が、Ｙ軸方向の移動量に応じてバランスシリンダ装置１によって支持される。

また、図５に示すように、４カ所に形成された各空気軸受４４に、軸受エア供給管６２を通じて圧縮空気が供給されると、ピストン４とシリンダ５との間の嵌合隙間８５の径方向の幅の狭い空気軸受４４（図５の二点鎖線で示す符号４４ａ）は、幅の広い他の空気軸受４４（図５の二点鎖線で示す符号４４ｂ）よりもエア圧が高くなる。

ここで、ピストン４はＺ軸微動台７１によってコラム３に対してＺ軸方向に微動可能であり、シリンダ５はＸ軸微動台７２によってスライドテーブル９３に対してＸ軸方向に微動可能である。したがって、ピストン４及びシリンダ５は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の双方、即ち平面方向に相対的に微動可能である。このため、ピストン４とシリンダ５との軸心がずれて嵌合隙間８５の周方向で軸受エアのエア圧に差圧が生じると、ピストン４及びシリンダ５は、幅の狭い空気軸受４４で発生する高い軸受エアのエア圧によって、幅の広い他の空気軸受４４に向かって、互いのエア圧が均等になるように平面方向に押動される。これにより、嵌合隙間８５の全周に亘って径方向の幅が均等になり、ピストン４とシリンダ５とが常に同軸に自動調心される。

空気軸受４４に供給された圧縮空気は、嵌合隙間８５を通って、シリンダ室８１側及び大気開放端８３側へ流れる。シリンダ室８１側に流れた圧縮空気は、空気軸受４４よりもシリンダ室８１側に近接した位置に形成された環状溝６８ａを介して軸受エア排出管６８に流入し、大気側へ排出される。大気開放端８３側に流れた圧縮空気は、大気開放端８３から排出される。

本実施形態においては、ピストン４の外周面４１の軸受部４１ｂに、空気軸受４４を形成している。また、Ｚ軸微動台７１及びＸ軸微動台７２によって、スライドテーブル９３とシリンダ５との間、及びコラム３とピストン４との間の双方の相対移動が可能である。このため、ピストン４とシリンダ５との相対位置が水平面内で移動可能である。ゆえに、ピストン４の中心軸とシリンダ５の中心軸との水平面内での相対位置を一致させることができる。このため、ピストン４及びシリンダ５についてより正確に自動調心を行うことができる。

また、Ｚ軸微動台７１及びＸ軸微動台７２によって、シリンダ５とピストン４との相対移動がＺ軸方向及びＸ軸方向の双方で可能である。ゆえに、シリンダ５とピストン４とが水平面内で互いに相対移動可能である。したがって、空気軸受４４に圧縮空気を供給することによって、ピストン４とシリンダ５とを水平面内で移動させて正確に自動調心することができる。

また、空気軸受４４から嵌合隙間８５に流通してきた圧縮空気は、シリンダ室８１側に形成された環状溝６８ａを介して軸受エア排出管６８から外部に排出される。それゆえ、圧縮空気がシリンダ室８１に流入することを抑制でき、シリンダ室８１内のシリンダエアのエア圧に影響を及ぼすことはない。

このように、バランスシリンダ装置１を超精密加工装置９に組み付けた後に、軸受エア４４に軸受エアを供給することによって、ピストン４とシリンダ５とを自動調心することができる。ゆえに、バランスシリンダ装置１の組み付け時に調心作業を従来ほど精密に行う必要がない。また、自動調心は、バランスシリンダ装置１の作動中、即ちバランスシリンダ装置１がスライドテーブル９３の重量支持を行っているときに行うことができる。ゆえに、バランスシリンダ装置１の作動中に、自動調心を常に行うことができる。また、バランスシリンダ装置１が作動していない場合にも、軸受エア４４に軸受エアを供給することによって、ピストン４とシリンダ５とを自動調心することができる。

本実施形態においては、軸受エア供給管６２の第２通路６４は、ピストン４の軸中心を中心として４方向に延びているが、これに限らず、２方向、３方向、または５方向以上に放射状に延びていても良い。第２通路６４の延びる方向が多いほど、第２通路６４と連通する空気軸受４４の数が多くなる。また、複数の空気軸受４４を設けるに当たっては、全ての空気軸受４４をピストン４の外周面４１の周方向に等間隔に配置することが好ましい。これにより、嵌合隙間８５の全周に亘って均等に圧縮空気を供給することができる。

また、本実施形態においては、軸受空気供給管６２、第２通路６４、エアポケット６４ａ、オリフィス６４ｂ、及び軸受エア排出管６８をピストン４の内部に設けているが、シリンダ５に設けても良い。また、シリンダエア供給管６をシリンダ５に設けてもよい。

また、本実施形態においては、ピストン４をＺ軸微動台７１を介してコラム3で支持し、シリンダ５をＸ軸微動台７２を介して移動部材であるスライドテーブル９３で支持しているが、シリンダ５をＺ軸微動台７１を介してコラム３で支持し、ピストン４をＸ軸微動台７２を介してスライドテーブル９３で支持してもよい。

また、本実施形態においては、コラム３とピストン４との間にＺ軸微動台７１を介設し、且つスライドテーブル９３とシリンダ５との間にＸ軸微動台７２を介設している。しかし、図１０に示すように、コラム３とピストン４との間にＺ軸微動台７１及びＸ軸微動台７２を積層して介設してもよい。例えば、上側にＺ軸微動台７１を、下側にＸ軸微動台７２を配置する。ピストン４のフランジ部４０をボルト４２ａでＺ軸微動台７１の本体部７１ａに固定し、Ｚ軸微動台７１の外側部７１ｂを、Ｘ軸微動台７２の本体部７２ａにボルト４２ｃで固定し、Ｘ軸微動台７２の外側部７２ｂをコラム３にボルト４２ｄで固定する。これにより、ピストン４がコラム３に対して、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の双方、即ち水平面内で移動可能となる。したがって、ピストン４とシリンダ５とが相対的に移動可能となり、両者を水平面内で自動調心することができる。

また、コラム３、スライドテーブル９３と、ピストン４、シリンダ５との相対移動を可能とする位置調整手段は、上記Ｚ軸微動台７１及びＸ軸微動台７２に限らず、リニアガイドなどの直動軸受で構成してもよい。

また、第1の実施形態においては、ワーク移動装置９１にバランスシリンダ装置１を装架しているが、工具移動装置９２にバランスシリンダ装置１を装架することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明の実施形態に係るバランスシリンダ装置を装架した超精密加工装置の平面図である。実施形態に係るバランスシリンダ装置を装架した工具移動装置の断面図である。実施形態に係るバランスシリンダ装置の断面図である。図３の要部拡大断面図である。図３のＡ−Ａ矢視断面図である。図５の要部拡大断面図である。実施形態に係る、Ｚ軸微動台の平面図である。実施形態に係るバランスシリンダ装置の、図７のＢ−Ｂ矢視線断面図である。実施形態に係る、Ｘ軸微動台の平面図である。他の実施形態に係る、Ｚ軸微動台及びＸ軸微動台の斜視図である。

符号の説明

１：バランスシリンダ装置、２：ベッド、３：コラム、４：ピストン、５：シリンダ、９：超精密加工装置、４１：ピストンの外周面、４１ａ：一般部、４１ｂ：軸受部、４４：空気軸受、５０：本体、５０ａ、５０ｂ：開口部、５１：シリンダの内周面、５２：蓋体、６１：シリンダエア供給管、６２：軸受エア供給管、６３：第１通路、６４：第２通路、６４ａ：エアポケット、６４ｂ；オリフィス、６８：軸受エア排出管、７１：Ｚ軸微動台、７１a、７２a：本体部、７１ｂ、７２ｂ：外側部、７１ｃ、７２ｃ：スリット、７１ｄ、７２ｄ：ヒンジ部、７２：Ｘ軸微動台、８０：環状隙間、８１：シリンダ室、８３：大気開口端、８４：一般隙間、８５：嵌合隙間、９０：テーブル、９１：ワーク移動装置、９２：工具移動装置、９３：スライドテーブル、９４：主軸ヘッド、９５：テーブル、９６：回転テーブル、９９：主軸、Ｔ：工具、Ｗ：ワーク。

Claims

工作機械の基台に上下のＹ軸方向に移動可能に装架され移動手段により昇降される移動部材に、バランスシリンダ装置のピストン及びシリンダの一方が支持され、前記ピストン及びシリンダの他方が前記基台に支持され、前記ピストンと前記シリンダとの間に形成されるシリンダ室に圧力流体を供給して前記移動部材の重量を支持する前記バランスシリンダ装置において、
前記ピストンと前記シリンダとが嵌合する前記ピストンの外周面又は前記シリンダの内周面に形成され圧縮空気を供給されて前記ピストンと前記シリンダとの間の嵌合隙間を全周に亘って均等に自動調心する空気軸受と、
前記空気軸受に供給された前記圧縮空気によって前記ピストンと前記シリンダとが同軸上に位置するように、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の間に介設されて、前記ピストン及び前記シリンダの一方の前記移動部材に対する水平面内でのＸ軸方向の微動及び前記ピストン及び前記シリンダの他方の前記基台に対する水平面内でのＺ軸方向の微動の少なくとも一方の微動を可能とすることにより前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の相対移動を許容し、若しくは、前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間に介設されて、前記ピストン又は前記シリンダの前記移動部材又は前記基台に対する水平面内での前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向の少なくとも一方の軸方向の微動を可能とすることにより前記ピストン又は前記シリンダと前記移動部材又は前記基台の間の相対移動を許容する位置調整手段と、
前記ピストン又は前記シリンダに設けられて、前記空気軸受よりも前記シリンダ室側に近接する位置に開口して前記空気軸受から流通してきた前記圧縮空気を排出する軸受エア排出管と、を備えていることを特徴とするバランスシリンダ装置。
前記位置調整手段は、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間、並びに前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間の少なくとも一方の間に介在され、本体部と外側部とが複数のヒンジ部を残してスリットにより分離された微動台で構成されていることを特徴とする請求項１記載のバランスシリンダ装置。
前記位置調整手段は、前記移動部材と前記ピストン及びシリンダの一方との間に介在され、本体部と外側部との前記Ｘ軸方向の相対微動を許容する第１の微動台と、前記基台と前記ピストン及びシリンダの他方との間に介在され、本体部と外側部との前記Ｘ軸方向と直角なＺ軸方向の相対微動を許容する第２の微動台とで構成されていることを特徴とする請求項２記載のバランスシリンダ装置。