JP6014330B2 - 移動式キャリッジと直線ガイドを備えた装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動式キャリッジと直線ガイドからなる装置に関する。

静圧的に作動する直線ガイドが知られている。圧力下で潤滑油を保持することのできるポケットは、この目的のために設けられる。そのようなガイドは、干渉する影響を受けやすく、キャリッジを特定の位置に保持することは困難になっていることは公知である。例えば、キャリッジが工作物を機械加工するのに利用されると、ほんの小さな地盤振動でも、キャリッジを特定の位置に保持することが困難になってしまい、正確な機械加工を妨げることとなる。更に、達成可能な経路精度は、長いガイドの場合には制限されてしまう。

独国特許第３１３１５６６ Ａ１号公報は、流体力学ガイドレールと、その流体力学ガイドレールの反対に設けられて負荷を加える静圧ガイドレールからなる直線ガイドを記載している。ガイドレールの設計は、詳しくは説明されていない。

独国特許第３１３１５６６ Ａ１号明細書

本発明の１つの目的は、導入部分で述べた型の装置であって、キャリッジが、改善された程度に正確に移動可能で位置決め可能な装置を提供することである。

この目的を達成する装置は、請求項１の特徴を有する。他の請求項は、好ましい実施例や研削装置や工作物の機械加工のための使用を記載している。

本発明による装置は、潤滑剤が圧力下で保持される、少なくとも１つのポケットを備えた移動可能なキャリッジと、キャリッジに作用する摩擦力を作る島状面からなる。これにより、摩擦が静圧除去により調節可能な、流体力学的滑り面を提供することができる。キャリッジは、この型のガイドで正確に移動可能で位置決め可能である。

本発明は、以下に添付図面を参照して実施例に基づいて詳細に説明される。

２つの軸ＸとＺを有する本発明の装置の斜視図である。 図１の下から見た装置のキャリッジを示す図である。 図２の詳細図である。 図１の斜視図の直線ガイドの一部を示す図で、キャリッジを部分的に断面図で示す図である。 図４の断面図の直線ガイドの一部を示す図である。 図１の側面図の装置の概略図である。

図１は、キャリッジ１０が設けられる機械基盤１を有する装置を示している。キャリッジは、１つの軸、すなわち、ここではＺ軸を移動し、その移動経路は、直線ガイド２０によって規定される。本実施例では、直線ガイド２０は、自由支持のガイドとして具体化されており、すなわち、取り囲む形ではなく、例えば、図２に示すようなＶ字状平坦ガイドの形態とされている。その他のガイドも考えられ、単なるＶ字状ガイドや単なる平坦ガイドでもよい。

直線ガイド２０は、２つのプロファイル２１と２２からなり、これらは、Ｚ軸移動方向に延びている。各ガイドプロファイル２１、２２は、例えば、機械基盤に一体化するようになっていてもよいし、別々のレールのように機械基盤に取り付けられてもよい。キャリッジ１０を動かすためのキャリッジドライブ５、６が、ガイドプロファイル２１と２２の間に設けられている。本実施例では、キャリッジドライブ５、６は、リニアモータの形式であり、キャリッジ１０の下方に取り付けられ電気巻線を有する主部５と、ガイドプロファイル２１と２２の間を移動軸Ｚ方向に延び永久磁石を備えた補助部６とを有している。主部５の巻線に適切な電流を流し、主部５からのスラストを補助部６に加え、キャリッジ１０の移動を誘導することによって、移動磁界が生じる。その作動中にリニアモータ５、６によって生じる熱を効率的に分散するために、循環冷却流体を有する冷却装置が用いられ得、これは、主部５および／または補助部６に接触させられてもよい。

リニアモータ５、６の代わりに、他の駆動装置が、キャリッジ１０を移動するために考えられる。例えば、ボールねじスピンドルを備えたもののような、ロータリドライブが考えられる。

図２は、キャリッジドライブの主部５のないキャリッジ１０の下部を示している。キャリッジ１０は、２つのガイドプロファイル１１と１２を有しており、これらは、キャリッジ１０の下部から突出して、移動時にガイドプロファイル２１と２２に沿って滑るようになっている。第１ガイドプロファイル１１は、凹部１３と１６が形成される（図３の小サイズをも参照）滑り面１１ａを有している。第１凹部１３は、移動軸Ｚ方向に延び、静圧的に開放する滑り面を形成するためにポケットとして作用する。第２凹部１６は、ポケット１３とガイドプロファイル１１の内縁の間を滑り面１１ａに沿ってジグザグに延びている。第２凹部１６は、流体力学的滑り面を形成するために、潤滑溝として作用する。

第２ガイドプロファイル１２は、２つの滑り面１２ａと１２ｂを有しており、これらは、ガイドプロファイル２２のＶ字形による角度で傾斜して設けられ、滑り面１１ａと同様に凹部１４、１５、１７を備えている。滑り面１２ａ、１２ｂに形成された凹部１４と１５は、移動軸Ｚ方向に延びて、整列して設けられ、第１ガイドプロファイル１１のポケット１３のように静圧ポケットを形成するようになる。滑り面１２ａ、１２ｂに形成された凹部１７は、滑り面１２ａ、１２ｂに沿ったジグザグ形のコースを有しており、第１ガイドプロファイル１１の潤滑溝１６のような潤滑溝として作用する。

図４は、スタンド２５に設けられたガイドプロファイル２１に載るキャリッジ１０の詳細図を示している。プロファイル２１は、ほぼ水平に延びる案内経路を有し、第１案内経路部３１、第２案内経路部３２と第３案内経路部３３を備えている。

案内経路部３１〜３３は、ほぼ平らに設計されており、異なるように構成された滑り経路面を有している。

閉鎖するようにされ、スタンド２５の縁部に沿って連続して延びる第１案内経路部３１は、図５にも示すように、キャリッジ１０のポケット１３の閉鎖部として作用する。潤滑剤は、供給ラインとキャリッジ１０の適切な孔部を介してポケット１３に向けられ、そこで圧力下に置かれる。

第２案内経路部３２は、島によって中断されるように設計される。島３２は、ここに示す点状のものとは異なる形状を有してもよい。例えば、個々の島や島３２の全てが第１案内経路部３１および／または第３案内経路部３２に接続されることも考えられる。島３２は、潤滑剤を受容するための凹部３２ａによって取り囲まれる(図５参照)。第２案内経路部３２は、潤滑溝１６が延びる滑り面１１ａの一部の閉鎖部として作用する。

第３案内経路部３３は、閉鎖されるように設計され、スタンド２５の縁部に沿って連続して延びている。２つの案内経路部３１と３３は、潤滑剤が側方で逃げないようにする側方閉鎖部を形成している。

Ｖ字状ガイドプロファイル２２は、図４に示すガイドプロファイル２１に従って設計され、ガイドプロファイル２２の２つの側面がそれぞれ、案内経路部３１と３３のように２つの案内経路部を有し、案内経路部３２のように構成された案内経路部に設けられる。

案内経路３１〜３３は、プラスチックのような耐磨耗性材料で作られている。凹部１３〜１７は、キャリッジ１０の製造時に、例えば、機械加工やモールド加工によって、作られ得る。

上記したリニアガイド２０の機能は、図５と図６の概略図に基づいて以下に説明される。２つのガイド１１、２１と１２、２２は、同様に機能するので、簡単のために、一方のガイド１１、２１の機能のみを以下に説明する。

ガイド１１、２１に対して向けられる法線力Ｆｎは、キャリッジ１０に作用する。力Ｆｎは、キャリッジ１０の質量から発生する重量力と、追加の予加重と共にキャリッジ１０に追加的に作用する荷重Ｑから得られる。本実施例では、この追加の予加重は、リニアモータとして設計されるキャリッジドライブ５、６の引力によって作り出される。追加の予荷重は、例えば、重量力の方向に作用する追加の静圧ポケットを提供することによる等の、他の手段によって供給されてもよい。

キャリッジ１０の作用の間、ポケット１３は、圧力下に置かれる、例えば、潤滑油のような流体潤滑剤で満たされる。これにより、法線力Ｆｎに対して作用し、キャリッジ１０の荷重を軽減する軽減力Ｆｅを生ずる。表面圧力は、したがって最小限にされる。ポケット１３と案内経路部３１は、このようにして、静圧的に軽減された滑り面を形成する。ガイドのこの領域において、キャリッジ１０をずらす時に、摩擦が潤滑剤にだけ発生する。対応する摩擦力Ｆｒ’は、無視できる、すなわち、Ｆｒ’はゼロにほぼ等しい。

流体潤滑剤は、２つの案内経路部３１と３３の間にも加えられる。キャリッジ１０は、滑り面１１ａを介して第２案内経路部３２と接触している。案内経路部３２の凹部３２ａにおける潤滑剤の供給は、キャリッジ１０をずらす時に、潤滑溝１６によって支持される。一般に、滑り面１１ａと案内経路部３２は、流体力学的滑り面を形成する。ガイドのこの領域においては、摩擦が、剛体である面１１ａと３２の間に主として生じる。対応する摩擦力Ｆｒは、法線力Ｆｎと軽減力Ｆｅとの差によって与えられ、Ｆｒ＝μ・（Ｆｎ−Ｆｅ）が成り立つ。ここで、μは摩擦係数である。

一般に、Ｆ＝Ｆｒ’＋Ｆｒ≒μ・(Ｆｎ−Ｆｅ）の全摩擦力Ｆは、静圧的および流体力学的に支持される滑り面１１ａ、１３、３１、３３のために、キャリッジ１０に作用する。

ポケット１３〜１５の正確な通気を保証するために、ポケット１３〜１５を通る潤滑剤の連続的な流れを許容するノズルおよび／またはスロットルをキャリッジ１０に設けることが考えられる。したがって、長い時間のためにポケット１３〜１５にある空気が、例えば、抜かれる。ノズルおよび／またはスロットルは、流れができるだけ小さく、十分に大きな潤滑剤圧力がポケット１３〜１５に確立できるように、選択されるべきである。

図６は、一方では、供給ライン４５に、他方では、ドレイン４６に流体的に接続される、ポケット１３を概略的に示している。供給ライン４５は、潤滑剤圧力を生じるための外部手段に接続されている。

要約すると、ここに記載するリニアガイド２０は、静圧的軽減を備えた流体力学的誘導原理に従って機能すると結論付けられる。軽減ポケット１３〜１５に作用する圧力のために、法線力Ｆｎとキャリッジ１０と案内経路部３２の間の摩擦力Ｆｒは、減じられる。

リニアガイド２０は、軽減が一旦設定されると一定を保つような静的システムとして設計されうる。軽減力Ｆｅの大きさは、案内品質と剛性の所望の大きさが維持されるように提供される最小荷重Ｑにしたがって設計される。ガイド２０が、本実施例においてと同様に自由に支持されるガイドとして設計されると、最小負荷Ｑでさえも、キャリッジ１０がしっかりとガイドプロファイル２１、２２に留まることを保証することが必要となる。

軽減の大きさは、ポケット１３〜１５における潤滑剤の圧力同様に、ポケット１３〜１５の数、長さ、幅や、キャリッジ１０上のその位置のような様々なパラメータによって定義される。領域は、これらパラメータの選択によって様々に軽減されうる。例えば、荷重プロファイルＱが、矢印Ｑが一定荷重プロファイルを示している図６に示される場合と対照的に、非対称である時に、このことは必要である。

ここで記載したリニアガイド２０を提供することは、キャリッジ１０は所定の位置に正確に移動されそこで保持される、という利点を有している。リニアガイド２０に基づいて生ずる摩擦力Ｆｒは、干渉する要素への減衰効果を有していることが確実にされる。これらは、内部で、例えば、キャリッジ１０への荷重の自然の変化や、外部で、例えば、地盤振動によって生じるかもしれない。減衰によって、これらの干渉要素は、キャリッジ１０の位置の変化に何の影響も与えない。したがって、キャリッジ１０が所定の位置に保持されるように、装置を調整することが簡単になるのである。

流体力学的ガイドと静圧ガイドの組合せとしてのリニアガイドの提供は、特に、ガイド長さが長い時に、リニアガイドが、改善された剛性と改善された経路精度を有している、という利点を与える。

リニアガイド５、６が、キャリッジドライブとして提供されると、２つの部分５と６の間の正確な距離が、リニアガイド２０によって保証され、キャリッジ１０の正確な位置決めが可能となる。加えて、リニアモータ５、６によって、高速と加速が生じ、キャリッジ１０の急速な移動が可能となるのである。

リニアガイド２０は、様々な用途に利用でき、例えば、研削することによって、工作物の機械加工用に設計された機械に利用できる。図１の実施例では、例えば、工作物主軸台と心押し台を有する工作物ホルダが、例えば、キャリッジ１０に取り付けられうる。図１は、Ｘ軸方向に移動可能な別のキャリッジ１０’を示し、ここで、ガイド２０’は、リニアガイド２０と同様に設計されている。例えば、リニアモータ５、６と同様に設計されたリニアモータ５’と６’が、駆動のために使われる。例えば、回転可能な研削ディスクが第２キャリッジ１０’に取り付けられうる。図１の装置は、工作物を正確に機械加工することができるようにするために、研削機械、特に、円筒研削盤への使用に適している。

特許請求の範囲で定義される、本発明の範囲を超えることなく、本明細書の記載から、当業者は様々な変形をすることができる。

例えば、リニアガイド２０、２０’の限定的な幾何学的な実施例は、調整可能である。例えば、ここで示したＶ字状平坦ガイドの代わりに、ガイドは、純粋なＶガイド、純粋な平坦ガイド、他の幾何学形状を有するガイドとして実施することができる。

加えて、島状の案内経路部３２をキャリッジ１０上に設けたり、２つの案内経路部３１と３３の間の領域を滑り面１１ａの形状に設計することも可能である。潤滑溝１６の形態の潤滑溝は、この滑り面に設けられてもよい。

Claims (14)

1. 移動可能なキャリッジ（１０；１０’）と、
   該キャリッジ（１０；１０’）を案内するためのリニアガイド（２０；２０’）であって、前記リニアガイド（２０；２０‘）は、第１滑り面（１３、１４、１５、３１）と、第２滑り面(１１ａ、１２ａ、１２ｂ、３２)と、から成り、前記第１滑り面（１３、１４、１５、３１）は第１案内経路部（３１）と少なくとも一つのポケット（１３，１４，１５）を含み、前記第２滑り面（１１ａ、１２ａ、１２ｂ、３２）は、第２案内経路部（３２）を含む、リニアガイドとを有する装置において、
   前記キャリッジ（１０；１０’）が、前記少なくとも１つのポケット（１３、１４、１５）を有し、該ポケットが、前記第１案内経路部（３１）に沿って移動可能であり、前記キャリッジ（１０；１０’）に作用する軽減力（Ｆｅ）を作り出すために潤滑剤がポケットに圧力下で保持されており、
   前記第２案内経路部(３２)は、前記キャリッジ（１０；１０’）に作用する摩擦力（Ｆｒ）を生じる島状面を有し、前記軽減力（Ｆｅ）を作り出すために前記少なくとも１つのポケット(１３、１４、１５)に前記潤滑剤が保持される時に、前記第１滑り面（１３、１４、１５、３１）が前記第２滑り面（１１ａ、１２ａ、１２ｂ、３２）の荷重を軽減するように配置されることを特徴とする装置。
2. 前記リニアガイド（２０；２０’）の予荷重が前記キャリッジ（１０；１０’）によって作り出される重量力に加えて作り出される予荷重手段（５、６；５’、６’）を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記キャリッジ（１０；１０’）をずらすためのドライブとしてリニアモータ（５、６；５’、６’）を更に備えることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記第２案内経路部（３２）が、閉鎖面を有する、前記第１案内経路部（３１）に沿って、および／または閉鎖面を有する、第３案内経路部（３３）に沿って延びることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記リニアガイド（２０；２０’）が、前記第２滑り面を形成する滑り面(１１ａ、１２ａ、１２ｂ)を有し、該滑り面が、前記第２案内経路部（３２）と対向して配置され、少なくとも１つの潤滑溝（１６、１７）を備えていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記潤滑溝（１６、１７）が、滑り面(１１ａ、１２ａ、１２ｂ)に沿って、ジグザグ状に延びていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１案内経路部（３１）と前記第２案内経路部（３２）が互いにほぼ平行に設けられ、好ましくは、同一平面に設けられることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記島状面が、点（３２）状に設計されていることを特徴する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記キャリッジ（１０；１０’）が、潤滑剤が前記少なくとも１つのポケット（１３、１４、１５）から逃げることのできるようにするドレイン（４６）を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記キャリッジ（１０；１０’）が、２つのガイドプロファイル（１１、１２）からなり、各ガイドプロファイルが少なくとも１つのポケット（１３、１４、１５）を有することを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記キャリッジ（１０；１０’）が、水平方向（Ｘ；Ｚ）に移動可能であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記リニアガイド（２０；２０’）が、平坦ガイド（２１）またはＶ字ガイド（２２）である、請求項１から１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の装置を有する、研削機械。
14. 工作物を機械加工するための、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置、請求項１３に記載の研削機械、または両方の使用方法。

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