JP5448749B2 - 工作機械のバランス装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械のバランス装置に関し、特に主軸ヘッドの重量を支持するガススプリングのロッド部材にシール部材から作用する摩擦力を低減し、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減するように構成したものに関する。

工作機械の主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減する為に、工作機械のコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の一部又は全部をガススプリングに支持させるようにしたバランス装置が実用に供されている。例えば、特許文献１に記載の工作機械用主軸バランサにおいては、縦型工作機械のコラムの上端部に縦向きのプル型ガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ロッド部材の下端を主軸ヘッドに固定している。

ガススプリングはシリンダ本体とロッド部材と内部に充填された圧縮ガスを有し、ガススプリングにより主軸ヘッドを上方へ引っ張り付勢する状態を維持し、工作機械の昇降駆動機構により主軸ヘッドが下降駆動されると、ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が伸長し、主軸ヘッドが上昇駆動されるとシリンダ本体に対してロッド部材が退入して、ガススプリングが収縮する。
他方、工作機械用主軸バランサに、プッシュ型のガススプリングを採用する場合には、主軸ヘッドにガススプリングを倒立姿勢に取り付け、ガススプリングのロッド部材の下端を基台で支持する。

ＷＯ２００７／０９９６３２号公報

特許文献１の主軸バランサにおいては、シリンダ本体のロッド側端壁にロッドガイド部材が固定され、このロッドガイド部材にロッド挿通孔が形成され、ロッド部材がロッド挿通孔にシール部材を介して気密摺動自在に挿通されている。ガススプリングに充填されている圧縮ガスのガス圧は７〜１０ＭＰａ程度と非常に高圧であり、圧縮ガスは微小隙間からリークし易いため、また、前記シール部材はロッド部材に緊密に外嵌されている関係上、ロッド部材とシール部材間には大きな静止摩擦力や動摩擦力が作用する。

ロッド部材がシリンダ本体に対して相対的に進退移動する際に、移動開始時には、ロッド部材とシール部材間に大きな静止摩擦力が作用し、移動開始後にはロッド部材とシール部材間に動摩擦力が作用する。そのため、ロッド部材やシール部材が磨耗し易くなって耐久性も低下するうえ、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷も大きくなる。
前記移動開始後に動摩擦力が作用する場合においても、シール部材に対するロッド部材の移動方向はロッド部材の軸方向の一方で、シール部材に対するロッド部材の相対移動速度も比較的小さいため、前記動摩擦力も無視できない値になる。

さらに、加工時において、昇降駆動手段により主軸ヘッドが上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合に、主軸ヘッド移動中には動摩擦力が作用し、停止状態から移動開始するときには、大きな静止摩擦力が作用するため、摩擦力の大きさが一定でないから、主軸ヘッドの位置制御の誤差が大きくなり、機械加工精度が低下する。例えば、ワークを円弧形状に加工する場合、前記主軸ヘッドの位置制御の誤差により、工具の移動軌跡は、所定の円弧軌跡からずれてしまい、所謂、象限突起と呼ばれる誤差が発生する。

本発明の目的は、主軸ヘッド支持用ガススプリングのシリンダ本体に対してロッド部材が進退移動する際に、ロッド部材とシール部材間に作用する摩擦力を大幅に低減可能にし、機械加工精度を高めた工作機械のバランス装置を提供することである。

請求項１の工作機械のバランス装置は、工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記シリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴に、回転可能且つガス密に内嵌されると共に前記ロッド部材に回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されたスリーブ部材を設け、前記ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、前記スリーブ部材を回転駆動する為の回転駆動手段とを設けたことを特徴としている。

請求項２の工作機械のバランス装置は、請求項１の発明において、前記ガススプリングは、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体から前記ロッド部材が下方へ延びるように倒立姿勢に設けられ、前記ロッド部材とスリーブ部材間をガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材とロッド側端壁間に設けた複数のラジアル軸受及びガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受とを設けたことを特徴としている。

請求項３の工作機械のバランス装置は、請求項２の発明において、前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成した従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した中間ギヤと、この中間ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴としている。

請求項４の工作機械のバランス装置は、請求項２の発明において、前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成したウォームホイールと、このウォームホイールに噛合したウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動する電動モータとを有することを特徴としている。

請求項５の工作機械のバランス装置は、工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、前記シリンダ本体を主軸ヘッドに回転可能に支持する回転支持機構と、前記ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、前記シリンダ本体を回転駆動する為の回転駆動手段を設けたことを特徴としている。

請求項６の工作機械のバランス装置は、請求項５の発明において、前記シリンダ本体に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受を設けたことを特徴としている。

請求項７の工作機械のバランス装置は、請求項５又は６の発明において、前記回転駆動手段は、前記シリンダ本体の上端部分に設けた従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ガススプリングのシリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴に、回転可能且つガス密に内嵌されると共にロッド部材に回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されたスリーブ部材を設け、ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、スリーブ部材を回転駆動する為の回転駆動手段とを設けたため、回転駆動手段によりスリーブ部材を常時回転駆動することにより、シリンダ本体に対して相対的にロッド部材が進退移動を開始する際にロッド部材とシール部材間に静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の動摩擦力を作用させ、進退移動開始時の始動摩擦を小さくすることができる。

しかも、進退移動開始後には、スリーブ部材はロッド部材に対して軸方向に相対移動するだけでなく、相対的に回転移動するため、進退移動開始後のロッド部材とシール部材の摺動部分に作用する動摩擦力の大きさを安定させることができる。その結果、ロッド部材やシール部材の摩耗を低減でき、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を低減することができ、ロッド部材やシール部材の耐久性を高めることができる。

さらに、スリーブ部材が回転している状態でシリンダ本体に対してロッド部材が進退移動する際に、ロッド部材とシール部材間に、静止摩擦力の約１／１０の動摩擦力が作用することになるから、加工時において、主軸ヘッドが上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合でも、主軸ヘッドの移動中と停止状態から移動開始するときの摩擦力の大きさが一定であるため、主軸ヘッドの位置制御の誤差を小さくして、機械加工精度を確実に高めることができる。

請求項２の発明によれば、ガススプリングは、主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体からロッド部材が下方へ延びるように倒立姿勢に設けられたので、主軸ヘッドの昇降の自由度を確保しながら主軸ヘッドの重量を支持することができる。

ロッド部材とスリーブ部材間をガス密にシールするシール部材と、スリーブ部材とロッド側端壁間に設けられた複数のラジアル軸受及びガス密にシールするシール部材と、スリーブ部材に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受とを設けたので、スリーブ部材に作用する回転抵抗を軽減して回転駆動手段の負荷を低減し、シリンダ本体内の圧縮ガスが外部へリークするのを防止することができる。

請求項３の発明によれば、回転駆動手段は、スリーブ部材の下端部分に一体形成した従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した中間ギヤと、この中間ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有するので、簡単な構造で且つ容易にスリーブ部材を回転させることができる。

請求項４の発明によれば、回転駆動手段は、スリーブ部材の下端部分に一体形成したウォームホイールと、このウォームホイールに噛合したウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動する電動モータとを有するので、簡単な構造で且つ容易にスリーブ部材を回転させることができる。

請求項５の発明によれば、ガススプリングは、シリンダ本体と、ガス収容室と、ガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、シリンダ本体を主軸ヘッドに回転可能に支持する回転支持機構と、ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、シリンダ本体を回転駆動する為の回転駆動手段を設けた。請求項１のようにスリーブ部材を回転駆動する代わりに、シリンダ本体を回転駆動するように構成したため、請求項１と同様の効果が得られる。

請求項６の発明によれば、シリンダ本体に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受を設けたので、回転駆動手段の負荷を低減することができる。
請求項７の発明によれば、回転駆動手段は、シリンダ本体の上端部分に設けた従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有するので、簡単な構造で且つ容易にシリンダ本体を回転させることができる。

実施例１のバランス装置を有する横型工作機械の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 ガススプリングの要部拡大断面図である。 回転駆動手段の横断面図である。 実施例２のバランス装置の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 ガススプリングの要部拡大断面図である。 図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 実施例３のバランス装置の側面図である。 ガススプリングの縦断面図である。 回転駆動手段の平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

図１に示すように、横型工作機械１は、基台２と、コラム３と、テーブル４と、主軸ヘッド５と、この主軸ヘッド５に装備されたクイル６と、クイル６に回転自在に装備された主軸７とを有する。

基台２は、前部基台２ａとこれよりも高さの大きい後部基台２ｂとを有し、後部基台２ｂ上にコラム３が立設されている。コラム３は４本の柱部材３ａと頂部連結部材３ｂとを有する。テーブル４は、前部基台２ａの上に左右方向（Ｘ軸方向、図１の紙面直交方向）へ移動自在に設けられ、テーブル４はＸ軸ガイド機構（図示略）によりＸ軸方向へ案内されている。テーブル４をＸ軸方向へ駆動する為のＸ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＸ軸ボールネジ機構は、前部基台２ａに回転可能に設けられたボールネジ軸と、テーブル４に固定されてボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＸ軸サーボモータ（図示略）とを有する。尚、上記のテーブル４を案内し、Ｘ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。

主軸ヘッド５はコラム３に上下方向（Ｙ軸方向）へ昇降可能に設けられている。主軸ヘッド５は、左側の２本の柱部材３ａと右側の２本の柱部材３ａの間に配設され、Ｙ軸ガイド機構（図示略）により上下方向へ移動自在に案内されている。Ｙ軸ガイド機構は、４本の柱部材３ａの内面に夫々設けられた４本の案内レール８と、主軸ヘッド５に固定されて４本の案内レール８に夫々係合した８つの案内ブロックとを有する。

主軸ヘッド５を上下方向へ駆動する為のＹ軸ボールネジ機構（図示略）が設けられている。このＹ軸ボールネジ機構は、コラム３の頂部連結部材３ｂと後部基台２ｂに回転可能に取り付けられたボールネジ軸（図示略）と、主軸ヘッド５に連結されて上記ボールネジ軸に螺合したボールネジナットと、ボールネジ軸を駆動するＹ軸サーボモータ（図示略）とを有する。尚、上記の主軸ヘッド５を案内し、Ｙ軸方向へ移動駆動する機構は、公知の横型工作機械と同様である。

クイル６は、主軸ヘッド５に前後方向へ向けて水平姿勢に設けられ、前後方向へ移動自在に設けられている。クイル６は、大径の第１クイル６ａと、この第１クイル６ａよりも小径で第１クイル６ａ内に退入可能な第２クイル６ｂとを有し、第２クイル６ｂに主軸７とこの主軸７を回転駆動する主軸モータ（図示略）とが連結されている。

第１クイル６ａを主軸ヘッド５に対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第１Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第１クイル６ａを前後方向へ駆動する第１Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）と、第２クイル６ｂを第１クイル６ａに対して前後方向（Ｚ軸方向）へ水平移動自在に案内する第２Ｚ軸ガイド機構（図示略）と、主軸ヘッド５に対して第２クイル６ｂを前後方向へ駆動する第２Ｚ軸ボールネジ機構（図示略）とが設けられている。第１Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第１Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動され、また、第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジ軸は第２Ｚ軸サーボモータ（図示略）で駆動される。

主軸７は第２クイル６ｂに相対回転自在に支持され、主軸モータを支持するモータ支持部材は、第１，第２Ｚ軸ガイド機構により前後方向へ案内され且つ第２Ｚ軸ボールネジ機構のボールネジナットに連結されている。主軸モータの出力軸はカップリングを介して第２クイル６ｂに連結されている。尚、上記の第１，第２クイル６ａ，６ｂをＺ軸方向に案内し、Ｚ軸方向に駆動する機構は、公知の中ぐり用横型工作機械と同様である。

次に、バランス装置１０について図１〜図４に基づいて説明する。
バランス装置１０は、主軸ヘッド５の重量の大部分を支える付勢力を発生させる装置である。バランス装置１０は、主軸ヘッド５を支持する左右１対のガススプリング１１と、シリンダ本体１２に対して進退可能なロッド部材１４が回転しないように規制する１対の回転規制機構１５と、後述のスリーブ部材１３を回転駆動する為の１対の回転駆動手段１６を有する。

１対のガススプリング１１は、主軸ヘッド５の前後方向中間位置における左右両側に鉛直の倒立姿勢に配設され、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の重量の大部分を支持して主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータの負荷を軽減する為のプッシュ型のガススプリングである。ガススプリング１１は、シリンダ本体１２と、このシリンダ本体１２内の圧縮ガス（例えば、７〜１０ＭＰａの圧縮窒素ガスＧ）が充填されたガス収容室１７と、シリンダ本体１２のロッド側端壁部１２ａを挿通してシリンダ本体１２外へ延びるロッド部材１４とを備えている。

主軸ヘッド５が上昇するほどロッド部材１４のガス収容室１７への突入長さが減少し、ガス収容室１７の容積が増大し、圧縮ガスのガス圧が低下する。例えば、主軸ヘッド５が中間高さ位置のとき、左右両側の１対のガススプリング１１で発生する付勢力が主軸ヘッド５の全重量に等しく設定されている。但し、これに限定されるものではなく、１対のガススプリング１１により主軸ヘッド５の全重量の大部分を支持可能であればよい。

前記ロッド部材１４は、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａと分割支持部材１９を挿通して下方へ延び、その下端が回転規制機構１５のパッド１５ａの上面に当接している。ロッド部材１４は、ガス収容室１７の圧縮窒素ガスＧのガス圧を受圧して下方へ付勢され、その反力により主軸ヘッド５を上方へ付勢している。ロッド部材１４の上端部分には、ロッド部材１４が下方へ抜け出すのを防止する為のストッパ部材１４ａが固定されている。このストッパ部材１４ａは、シリンダ本体１２のロッド挿通孔１２ｂよりも大径であり、ガス収容室１７の内径よりも小径である。

シリンダ本体１２は、その上端部にヘッド側端壁部材１８を有し、ヘッド側端壁部材１８の軸心部分に縦向きの貫通孔１８ａが形成され、この貫通孔１８ａにチェック弁を有するガス充填口金１８ｂがガス密に組み込まれ、このガス充填口金１８ｂからガス収容室１７に圧縮窒素ガスＧを充填することができる。ヘッド側端壁部材１８は複数のボルトにてシリンダ本体１２の本体筒部に固定されている。

前記シリンダ本体１２は、支持部材２０と分割支持部材１９を介して主軸ヘッド５に固定されている。支持部材２０は、厚い直方体ブロックに１対のフランジ部を一体形成したもので、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト２１により固定されている。分割支持部材１９は、支持部材２０の縦向きの装着穴２０ａに例えば圧入固定されている。

分割支持部材１９には、ロッド部材１４が挿通するロッド挿通孔１９ａが形成されている。ロッド挿通孔１９ａにロッド部材１４を挿通させた状態で、シリンダ本体１２が分割支持部材１９の上面に当接され、分割支持部材１９は複数のボルト２２でシリンダ本体１２に固定されている。尚、ロッド挿通孔１９ａの下端部には、ダストシール２３が装着されている。

前記シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａの中心部分がスリーブ部材１３として分割形成され、スリーブ部材１３は、ロッド側端壁１２ａに形成された縦向きの円筒状のスリーブ装着穴１２ｃに回転可能且つガス密に内嵌され、スリーブ部材１３は、ロッド部材１４に回転可能且つロッド部材１４の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されている。

スリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａ間（スリーブ部材１３とスリーブ装着穴１２ｃの内周面間）には、上下１対のラジアル軸受２４ａ，２４ｂと、スリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａ間をシールする環状のシール部材２５が装着されている。

スリーブ部材１３には、ロッド部材１４がガス密摺動自在に挿通するロッド挿通孔１３ａが形成されている。ロッド部材１４とスリーブ部材１３間には、環状のシール部材２７、ブッシュ２８が装着されている。スリーブ部材１３と分割支持部材１９の間には、スリーブ部材１３に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受３０が設けられている。

次に、スリーブ部材１３を回転駆動する回転駆動手段１６について説明する。
回転駆動手段１６は、スリーブ部材１３の下端部分に一体形成された従動ギヤ３１と、この従動ギヤ３１に噛合した中間ギヤ３２と、この中間ギヤ３２に噛合した駆動ギヤ３３と、駆動ギヤ３３を回転駆動する減速機付き電動モータ３４とを有し、電動モータ３４の出力軸３４ａの回転力が、駆動ギヤ３４から中間ギヤ３２と従動ギヤ３１を介してスリーブ部材１３に伝達される。尚、前記電動モータ３４はサーボモータで構成してもよく、それ以外のモータであってもよい。

前記中間ギヤ３２が固定された回転軸３５は、分割支持部材１９の枢支穴とシリンダ本体１２の枢支穴に回転自在に両端支持されている。減速機付き電動モータ３４は、ガススプリング１１の側方に倒立姿勢に配設され、駆動ギヤ３３を収容するギヤ収容部材３６を介して支持部材２０に固定されている。

次に、回転規制機構１５について説明する。
この回転規制機構１５は、ロッド部材１４が回転しないように規制すると共に、ロッド部材１４の下端部が水平方向へ移動するのを許容する為のものである。
回転規制機構１５は、ロッド部材１４の下端が当接するパッド１５ａと、後部基台２ｂ上に固定されたベース板３７と、パッド１５ａとベース板３７間の複数の鋼球３８と、パッド１５ａをベース板３７に連結する４本のボルト３９等を備えている。パッド１５ａに形成したボルト穴はボルト３９よりも数ｍｍ大径に形成され、パッド１５ａは水平方向へ数ｍｍ移動可能であるが、鉛直軸周りに殆ど回転しないように規制されている。

前記ロッド部材１４は圧縮窒素ガスＧを受圧して下方へ強力に付勢されており、ロッド部材１４はパッド１５ａの上面に強力に押し付けられた状態で当接し、その接触面に働く摩擦力により、ロッド部材１４の下端部はパッド１５ａと一体的に水平方向へ移動可能で、且つパッド１５ａを介して回転規制される。

尚、ロッド部材１４の下端部の水平方向へ移動を許容するのは、次の理由による。
ガススプリング１１の製作誤差により、シリンダ本体１２の軸心に対してロッド部材１４の軸心が微小角度傾斜していたり、ガススプリング１１の主軸ヘッド５への組み付け誤差によりロッド部材１４の軸心が鉛直方向に対して微小角度傾斜している場合に、主軸ヘッド５の昇降動作に応じてロッド部材１４の下端部の水平方向への微小移動を許容する為である。上記の微小移動を許容しない場合には、シリンダ本体１２とロッド部材１４間に作用する摺動抵抗が増大する虞がある。

次に、横型工作機械１のバランス装置１０の作用・効果について説明する。
ガススプリング１１により、主軸ヘッド５の昇降の自由度を確保しつつ、主軸ヘッド５を昇降駆動するＹ軸サーボモータの負荷を大幅に軽減することができる。

Ｙ軸サーボモータにより主軸ヘッド５が下降駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に下降するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が退入し、また、Ｙ軸サーボモータにより主軸ヘッド５が上昇駆動されると、ガススプリング１１のシリンダ本体１２も一体的に上昇するため、シリンダ本体１２に対してロッド部材１４が伸長していく。

バランス装置１０においては、工作機械１の稼働中には、電動モータ３４を常時駆動させ、スリーブ部材１３を回転状態に保持する。スリーブ部材１３の回転により、シール部材２７もスリーブ部材１３と一体的に回転する。そのため、スリーブ部材１３が常時回転している状態でシリンダ本体１２に対してロッド部材１４が進退移動する際に、ロッド部材１３とシール部材２７の摺動部分には静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の大きさの動摩擦力が作用することになるから、上記の摺動部分に作用する始動摩擦を小さくすることができる。それ故、Ｙ軸サーボモータの負荷を軽減し、ガススプリング１１を小型化でき、ロッド部材１４やシール部材２７の摩耗を低減でき、これらの耐久性を高めることができる。しかも、スリーブ部材１３を回転させるため、ロッド部材１４とシール部材２７の相対移動の方向がロッド部材１４と平行方向だけでなく、平行方向及び回転方向になるため、ロッド部材１４とシール部材２７の摺動部分に作用する動摩擦力の大きさを安定させることができる。

スリーブ部材１３が常時回転している状態でシリンダ本体１２に対してロッド部材１４が進退移動する際に、ロッド部材１３とシール部材２７の摺動部分には静止摩擦力ではなく、静止摩擦力の約１／１０の大きさの動摩擦力が作用することになるから、加工時において、主軸ヘッド５が上昇又は下降の移動と停止とを頻繁に繰り返すような場合でも、主軸ヘッド５の移動中と停止状態から移動開始するときの摩擦力の大きさが一定であるため、主軸ヘッド５の位置制御の誤差を小さくして、機械加工精度を確実に高めることができる。尚、実施例では、工作機械１の稼働中には、電動モータ３４を常時駆動し、スリーブ部材１３を回転状態に保持するようにしたが、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ３４を駆動してスリーブ部材１３を回転させてもよい。

ロッド部材１４の下端が、回転規制機構１５のパッド１５ａに押し付けられた状態で当接し、その接触面に働く強力な摩擦力と回転不能のパッド１５ａを介してロッド部材１４の回転を規制することができると共に、ロッド部材１４の下端部の水平方向への移動を許容することにより、ガススプリング１１の製作誤差や組み付け誤差による悪影響を解消できる。

ロッド部材１４とスリーブ部材１３をガス密にシールするシール部材２７と、スリーブ部材１３とロッド側端壁１２ａ間に設けられた複数のラジアル軸受２４ａ，２４ｂ及びガス密にシールするシール部材２５と、スリーブ部材１３に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受３０とを設けたので、回転駆動手段１６の負荷を軽減し、圧縮窒素ガスＧが外部へリークするのを確実に防止できる。

次に、実施例２のバランス装置１０Ａについて、図５〜図８に基づいて説明する。
但し、実施例１と同一の構成には同一の符号を付けて図示して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。本実施例は、実施例１と同様に横型工作機械１に本発明を適用した場合の例であるが、回転駆動手段４０の構成が実施例１と相違している。

回転駆動手段４０は、スリーブ部材４１の下端部分に一体形成したウォームホイール４２と、ウォームホイール４２に噛合したウォームギヤ４３と、このウォームギヤ４３を回転駆動する減速機付き電動モータ４４とを有し、電動モータ４４の出力軸の回転力がスリーブ部材４１に伝達されるように構成されている。

電動モータ４４は、ガススプリング１１の左右の側方に倒立姿勢に配設されて支持部材２０に固定されている。ウォームギヤ４３の一端部分は電動モータ４４の出力軸に固定され、シリンダ本体１２のロッド側端壁１２ａに形成されたギヤ挿通孔４５に回転可能に挿通されている。

このバランス装置１０Ａにおいては、電動モータ４４の出力軸の回転力が、ウォームギヤ４３からウォームホール４２を介してスリーブ部材４１に伝達されるので、スリーブ部材４１の回転により、シール部材２７もスリーブ部材４１と一体的に回転する。そのため、工作機械１の稼働中には、電動モータ４４を常時回転させておくことにより、前記実施例１と同様の作用・効果が得られる。尚、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ４４を回転駆動してスリーブ部材４１を回転させてもよい。

次に、実施例３のバランス装置１０Ｂについて、図９〜図１１に基づいて説明する。
但し、実施例１と同一の構成には同一の符号を付けて図示して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。本実施例は、実施例１，２と同様に横型工作機械１に本発明を適用した場合の例であるが、実施例１，２のスリーブ部材１３，４１を省略し、ガススプリング４６のシリンダ本体４７を回転させるように構成してある。

図９〜図１１に示すように、バランス装置１０Ｂは、主軸ヘッド５を支持する１対のガススプリング４６と、１対のガススプリング４６のシリンダ本体４７を主軸ヘッド５に回転可能に支持する１対の回転支持機構４８と、ロッド部材５３が回転しないように規制する１対の回転規制機構４９と、シリンダ本体４７を回転駆動する為の１対の回転駆動手段５０を有する。

ガススプリング４６は、シリンダ本体４７と、このシリンダ本体４７内の圧縮ガス（圧縮窒素ガスＧ）が充填されたガス収容室５１と、シリンダ本体４７のロッド側端壁部材５２を挿通して延びるロッド部材５３を有する。
シリンダ本体４７は、ヘッド側端壁部材５４とロッド側端壁部材５２を有する。ヘッド側端壁部材５４は、６本のボルト６８にてシリンダ本体４７の本体筒部５５に固定されている。ロッド側端壁部材５２には、ロッド部材５３がガス密摺動自在に挿通するロッド挿通孔が形成され、ロッド部材５３は、ロッド挿通孔を挿通して下方へ延び、ロッド部材５３の下端部が回転規制機構４９の上面に当接している。

シリンダ本体４７の本体筒部５５の上端部分に対応する水平なモータ取付け板５６が、後述する支持部材５７の上面に４本のボルト６９で固定され、このモータ取付け板５６には本体筒部５５の外側へ張り出したフランジ部５６ａが形成されている。シリンダ本体４７の本体筒部５５の下端部分には、本体筒部５５の外側へ張り出したフランジ部５５ａが形成されている。

回転支持機構４８は、シリンダ本体４７の本体筒部５５の上端側部分を回転可能に支持する支持部材５７と、シリンダ本体４７の本体筒部５５の下端側部分を回転可能に支持する支持部材５８と、落下防止部材６４とを備えている。支持部材５７は、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト５９で固定され、支持部材５８は、主軸ヘッド５の左右の側面に４本のボルト６０で固定されている。シリンダ本体４７は、支持部材５７，５８の支持穴５７ａ，５８ａに貫通状に装着されている。シリンダ本体４７は１対のラジアル軸受６１ａ，６１ｂを介して支持部材５７に回転自在に支持され、且つ１対のラジアル軸受６２ａ，６２ｂを介して支持部材５８に回転自在に支持されている。

フランジ部５５ａと支持部材５８の間にはスラスト軸受６３が装着され、ガス収容室５１の圧縮ガス（圧縮窒素ガスＧ）によりシリンダ本体４７に作用する上方向きのスラスト力がスラスト軸受６３で支持される。支持部材５８の下側には、落下防止部材６４が配設され、この落下防止部材６４は主軸ヘッド５の左右の側面に複数のボルトで固定されている。シリンダ本体４７の本体筒部５５のフランジ部５５ａが落下部材６４により受け止め可能になっている。

回転駆動手段５０は、ヘッド側端壁部材５４の上端部分に一体形成された従動ギヤ６５と、この従動ギヤ６５に噛合した駆動ギヤ６６と、この駆動ギヤ６６を回転駆動する減速機付き電動モータ６７とを有し、電動モータ６７の出力軸６７ａの回転力によりシリンダ本体４７が回転駆動される。ロッド部材５３の下端部が当接する回転規制機構４９は、前記実施例１のものと同様であり、ロッド部材５３は回転しないように規制されている。

このバランス装置１０Ｂにおいては、工作機械１の稼働中は常時電動モータ６７を回転駆動し、シリンダ本体４７を回転状態に保持し、ロッド部材５３の回転を規制しておくため、実施例１と同様の作用、効果が得られる。尚、精密な機械加工が必要な場合にだけ電動モータ６７を回転駆動してシリンダ本体４７を回転させてもよい。

前記実施例は、中ぐり用横型工作機械１に本発明を適用した場合を例にして説明したが、本発明は昇降駆動される主軸ヘッドを有する種々の工作機械（通常の横型工作機械、縦型工作機械も含む）に適用することができることは勿論である。その他、当業者であれば、本発明を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能である。

コラムに昇降駆動可能に装備された主軸ヘッドを有する工作機械における、主軸ヘッドを昇降駆動する昇降駆動手段の負荷を軽減することができる。

Ｇ 圧縮窒素ガス
１ 工作機械
３ コラム
５ 主軸ヘッド
１０、１０Ａ、１０Ｂ バランス装置
１１、４６ ガススプリング
１２、４７、シリンダ本体
１２ａ シリンダ側端壁
１２ｃ スリーブ装着穴
１３、４１ スリーブ部材
１４、５３ ロッド部材
１５、４９ 回転規制機構
１６、４０、５０ 回転駆動手段
１７、５１ ガス収容室
３１ 従動ギヤ
３２ 中間ギヤ
３３ 駆動ギヤ
３４ 電動モータ
４２ ウォームホイール
４３ ウォームギヤ
４４ 電動モータ
４８ 回転支持機構
６５ 従動ギヤ
６６ 駆動ギヤ
６７ 電動モータ

Claims (7)

1. 工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、
   前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
   前記シリンダ本体のロッド側端壁に形成されたスリーブ装着穴に、回転可能且つガス密に内嵌されると共に前記ロッド部材に回転可能且つロッド部材の長さ方向に相対摺動可能に且つガス密に外嵌されたスリーブ部材を設け、
   前記ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、前記スリーブ部材を回転駆動する為の回転駆動手段とを設けた、
   ことを特徴とする工作機械のバランス装置。
2. 前記ガススプリングは、前記主軸ヘッドに固定されたシリンダ本体から前記ロッド部材が下方へ延びるように倒立姿勢に設けられ、
   前記ロッド部材とスリーブ部材間をガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材とロッド側端壁間に設けた複数のラジアル軸受及びガス密にシールするシール部材と、前記スリーブ部材に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のバランス装置。
3. 前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成した従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した中間ギヤと、この中間ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械のバランス装置。
4. 前記回転駆動手段は、前記スリーブ部材の下端部分に一体形成したウォームホイールと、このウォームホイールに噛合したウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動する電動モータとを有することを特徴とする請求項２に記載の工作機械のバランス装置。
5. 工作機械におけるコラムに昇降可能に装備された主軸ヘッドの重量の少なくとも一部を支持するガススプリングを有する工作機械のバランス装置において、
   前記ガススプリングは、シリンダ本体と、このシリンダ本体内の圧縮ガスが充填されたガス収容室と、このガス収容室のガス圧を受圧してシリンダ本体外へ下方へ延び且つシリンダ本体に対して進退可能なロッド部材を備え、
   前記シリンダ本体を主軸ヘッドに回転可能に支持する回転支持機構と、前記ロッド部材が回転しないように規制する回転規制機構と、前記シリンダ本体を回転駆動する為の回転駆動手段を設けた、
   ことを特徴とする工作機械のバランス装置。
6. 前記シリンダ本体に作用するスラスト力を受け止めるスラスト軸受を設けたことを特徴とする請求項５に記載の工作機械のバランス装置。
7. 前記回転駆動手段は、前記シリンダ本体の上端部分に設けた従動ギヤと、この従動ギヤに噛合した駆動ギヤと、この駆動ギヤを回転駆動する減速機付き電動モータとを有することを特徴とする請求項５又は６に記載の工作機械のバランス装置。