JP6317778B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具を高速回転して加工を行う工作機械の主軸装置に関する。

工作機械の多くは、工具または被加工物を直線一軸方向に往復移動することができる主軸装置を備えている。特に、工具を高速回転させて加工を行う工作機械の主軸装置は、直線一軸方向に移動する移動体にスピンドルと該スピンドルを収容するハウジングが設けられている。一般的には、主軸装置は、スピンドルを収容するハウジングをスライダ（移動板）に固定し、スライダをサーボモータによって往復移動させるように構成されている。以下、係る主軸装置の構成をスライダ駆動構造という。なお、ここでは移動体は、直線一軸方向に移動する全ての要素のうち、直線一軸方向へ移動を可能とする手段である案内手段及び駆動源を除いた残りの要素の集合体を意味する。また、移動体と共に移動する部材を全て含めて移動体をいう場合は、特に“移動体全体”ということがある。

スライダ駆動構造においては、スライダが、案内装置と駆動伝達機構とによって、工作機械のコラムなどに設けられた取付ベースに移動可能に案内支持される構造であり、移動体全体の重心が取付ベース付近に存在する複数の支点から相当離れた位置にある。そのため、スライダ駆動構造においては、移動体全体の重量が大きくなるほど移動体全体を支えることが難しくなり、移動体を高速に移動させるときに、工作機械に揺れを感じるほどの振動が発生することがある。特に、スピンドルを駆動した際は、スピンドルの回転によって発生する振動を十分に抑制することができない。

特許文献１は、移動体に含まれるクイルにリニアモータの可動子を取り付けて移動体を往復移動させる形彫放電加工機を開示している。以下、係る主軸装置の構成をクイル駆動構造という。特許文献１の形彫放電加工機は、具体的に、クイルの中心軸を通る水平な直線上に中心軸から反対方向に等距離離れて、リニアモータによる駆動力が与えられる一対の力点を配置する構造であるので、移動体が移動するときの駆動力のバランスがよく、移動体を比較的安定して走行させることができるので、移動体の姿勢をより安定させることができる。

特許第４１５２５０７号公報

工具を高速回転して加工を行う主軸装置の場合、移動体全体の質量がスピンドルとハウジングとインダクションモータ等の回転モータを含む回転装置の質量を含むので、移動体全体の重量が増大し、従来のクイル駆動構造及びスライダ駆動構造の主軸装置では、移動体全体を支持する剛性が不足して、移動体の姿勢を安定させることが困難になる。

とりわけ、リニアモータ駆動方式の主軸装置の場合は、移動体全体にリニアモータの可動子が含まれるので、移動体全体の重量がより大きくなる。移動体全体の重量が大きくなるほどリニアモータの出力を大きくする必要があるが、リニアモータの出力を大きくすると移動体全体の重量がより大きくなるので、リニアモータの出力をさらに大きくしなければならないというジレンマに陥る。また、リニアモータ駆動方式には、駆動伝達装置がないので、実質的に案内装置だけで移動体を支持しなければならず、移動体全体を支持する剛性がより低下する。また、案内装置の剛性が比較的小さい主軸装置では、スピンドルの回転時に発生する振動が移動体の姿勢の変動によくない影響を与えるおそれがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、スピンドルとスピンドルを収容するハウジングを備え、直線一軸方向に移動する移動体を安定した姿勢で案内支持することができる工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械の主軸装置は、支持壁を有する機体構造物に取り付けられる主軸装置であって、前記支持壁で形成される中空空間を前記機体構造物に対して直線一軸方向に往復移動する移動体であって、スピンドルと該スピンドルを収容するハウジングとを含んでなる移動体と、前記直線一軸方向に延びるガイドレールと、該ガイドレールに係合するガイド軸受とを備えてなり、前記ガイドレールが前記ガイド軸受と係合する係合中心を有する案内手段であって、前記移動体を前記直線一軸方向に案内支持する一対の案内手段と、を備え、前記各ガイドレールと前記各ガイド軸受のどちらか一方が、前記支持壁に設けられ、他方が一方に係合するように前記移動体に取り付けられ、前記移動体の中心軸と直交する断面において、一対の前記係合中心が、前記スピンドルを横断する横断直線上に、該横断直線と直交し前記移動体の中心軸を通る直交直線を挟んで配置されることを特徴とする。

「係合中心」とは、ガイドレールとガイド軸受を含む移動体の中心軸に直交する断面、例えば、ガイドレールとガイド軸受を含むスピンドルの軸に直交する断面において、ガイドレールをガイド軸受が軸支する複数の点又は面で囲まれる図形の中心を意味する。一例として、図形の中心として図形の重心を用いることができる。例えば、転がり軸受けの場合、ガイド軸受に備えられた４つのボールでガイドレールを軸支している場合には、各ボールとガイドレールとの接触点で囲まれる図形の中心が係合中心となる。また、ガイド軸受が、ガイドレールと面で接触してガイドレールを軸支している場合には、ガイドレールと接触する面で囲まれる図形の中心が係合中心となる。また、ガイド軸受が、ガイドレールと点と面とで接触してガイドレールを軸支している場合には、ガイドレールと接触する点と面とで囲まれる図形の中心が係合中心となる。

上記「移動体の中心軸」は、移動体が往復移動する直線一軸方向に平行な軸であって、例えば、前記スピンドルの軸であってもよいし、移動体の重心位置または移動体全体の重心位置を通る軸であってもよい。なお、移動体の中心軸が、スピンドルの軸、移動体の重心位置を通る軸、及び移動体全体の重心位置を通る軸のいずれかの軸である場合は、移動体の中心軸が上記いずれかの軸と実質的に一致する範囲であれば、厳密に一致しない場合も含む。

上記「前記スピンドルを横断する横断直線」とは、スピンドルの径が移動体の軸方向に変化する場合には、横断直線を含み移動体の中心軸に平行な平面が、スピンドルの少なくとも一部と交差すれば、係る横断直線はスピンドルを実質的に横断するとみなす。

本発明に係る工作機械の主軸装置において、前記一対の案内手段は、前記移動体の中心軸と直交する断面において、前記移動体の中心軸と一方の前記係合中心との距離が前記移動体の中心軸と他方の前記係合中心との距離と等しい位置に配置されることが好ましい。

本発明に係る工作機械の主軸装置において、前記一対の案内手段は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記移動体の中心軸の位置と一致するように配置されることが好ましい。

上記「前記スピンドルの軸に直交する断面において、前記一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記スピンドルの軸位置と一致する」とは、一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置とスピンドルの軸位置とが実質的に一致することを意味し、一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置とスピンドルの軸位置とが実質的に一致すると見なせる場合には一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置とスピンドルの軸位置とが厳密に一致しない場合も含む。

本発明に係る工作機械の主軸装置において、前記移動体を前記直線一軸方向に往復移動させる一対の駆動源を含み、前記一対の駆動源の各々が駆動力の作用する駆動中心を有し、一対の前記駆動中心が前記スピンドルを挟んで対向して位置することが好ましい。

上記「駆動中心」とは、移動体の中心軸に直交する断面、例えば、スピンドルの軸に直交する断面において、駆動源の駆動力を作用させる点を意味して、例えば、駆動源がリニアモータであれば、可動子と固定子との間に駆動力を作用させる点を意味する。例えば、可動子と固定子に挟まれている領域の中心が駆動中心となる。一例として、可動子と固定子に挟まれている領域の中心として可動子と固定子に挟まれている領域の重心を用いることができる。また、例えば、駆動源が回転モータの回転駆動をねじ軸とナットで直線駆動に変換する機構であれば、ねじ軸の軸中心を駆動中心として用いてもよい。

上記場合に、前記一対の駆動源は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記移動体の中心軸と一方の前記駆動中心との距離が前記移動体の中心軸と他方の前記駆動中心との距離と等しい位置に配置されることが好ましい。さらに、前記一対の駆動源は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記移動体の中心軸の位置と一致するように配置されることが好ましい。

上記「一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記移動体の中心軸の位置と一致する」とは、スピンドルの軸に直交する断面において、一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置がスピンドルの軸位置と実質的に一致することを意味し、本発明の技術思想に反しない限り、一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置がスピンドルの軸位置と実質的に一致すると見なせる場合には、一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置がスピンドルの軸位置と厳密に一致しない場合も含む。

本発明に係る工作機械の主軸装置において、前記一対の駆動源が、一対のリニアモータであって、前記リニアモータの各々が、可動子と固定子を備え、前記固定子が前記支持壁に取り付けられ、前記可動子が前記移動体に取り付けられるように構成してもよい。

本発明の主軸装置は、案内手段が直線一軸方向に延びるガイドレールと、ガイドレールに係合するガイド軸受とを備え、ガイドレールがガイド軸受と係合する係合中心を有し、移動体の中心軸と直交する断面において、一対の係合中心が、スピンドルを横断する横断直線上に、横断直線と直交し移動体の中心軸を通る直交直線を挟んで配置される。このことにより、スピンドルの横断面において、スピンドルとスピンドルを収容するハウジングとを備えた移動体を両側から案内支持することができ、移動体を安定した姿勢で案内支持することができる。

本発明の一実施形態に係る主軸装置が搭載された形彫放電加工機の外観図である。 第１の実施形態に係る主軸装置の概要を示す斜視図である。 図２の側面図である。 図２の平面図である。 第２の実施形態に係る主軸装置の平面図である。 第３の実施形態に係る主軸装置の平面図である。

以下、図を用いて本発明の工作機械の主軸装置の実施形態について形彫放電加工装置に搭載された主軸装置を一例にして詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る主軸装置１が搭載された形彫放電加工装置（放電加工装置１０）の外観を示す。図２は本発明の一実施形態に係る主軸装置１の概略を示す斜視図であり、図３は、図２の側面図の概略図であり、図４は図２の平面図である。また、各図において対応する要素には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。

放電加工装置１０は、例えば、加工ヘッド２と、加工ヘッド２に収容される主軸装置１と、機体構造物であるコラム３と、加工液を貯めるサービスタンク４と、放電加工のための電力を供給する加工電源装置５と、加工液を保持する加工槽６とを備える。なお、公知の構成であるため図中不図示であるが、放電加工装置１０のＸＹテーブル収容部３Ａには本体内に、床に設置されたベッドと、ベッド上にＹ軸方向に移動可能なサドルと、サドル上にＸ軸方向に移動可能なテーブルとを備える。図１に示される実施の形態の放電加工装置１０は、往復移動するサドルの上に往復移動するテーブルを搭載した構造であるが、機械全体の構造は、実施の形態のようなＸ軸移動体とＹ軸移動体を積層した構造に限定されず、例えば、テーブルを固定し、主軸装置１を保持する加工ヘッド２をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能にする構成のように、主軸装置１の構成に変わりがない限り、本発明の要旨を逸脱しない範囲でＸ軸移動体とＹ軸移動体とＺ軸移動体を任意の位置に配置したあらゆる構造を採用することができる。

加工槽６はテーブル上に設置される。加工槽６内には、不図示の被加工物が載置され、加工液の中に被加工物及び工具電極を位置させた状態で、主軸装置１に取り付けられた工具電極によって被加工物が放電加工される。また、放電加工装置１０は、不図示のオイルクーラーによってサービスタンク４に貯められた加工液を所定温度に冷却してから加工槽６に供給するとともに、冷却した加工液を冷媒として主軸装置１に供給する。

また、放電加工装置１０には、放電加工装置１０の制御を行う不図示の制御部への操作を行う操作装置９が接続されている。操作装置９は、液晶ディスプレイなどの表示部、キーボード及びマウスなどの入力部、磁気ディスクドライブなどの記憶装置、ＣＰＵ、メモリ等を含んで構成されるコンピュータである。

図３、４に示すように、主軸装置１は、コラム３に対してＺ軸方向に相対移動する移動体１１と、移動体１１のＺ軸方向への移動を案内する一対の案内手段２０、２１と、移動体１１にＺ軸方向の駆動力を付与する駆動源として一対のリニアモータ２４、２５とを備える。また、移動体１１の周囲には、コラム３に設けられた後述の支持壁３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃが位置している。なお、主軸装置１において、直線一軸方向に移動する全ての要素のうち、直線一軸方向へ移動を可能とする手段である案内手段２０、２１と駆動源であるリニアモータ２４、２５とを除いた残りの要素の集合体を移動体１１と称する。

移動体１１は、主にコラム３に対して直線方向に相対移動する一対のガイド軸受支持部１４を形成する一対の移動板を含む。特に、リニアモータ駆動方式の実施の形態の形彫放電加工装置１０においては、移動体１１は、リニアモータ２４、２５の可動子２４Ａ、２５Ａをそれぞれ固定して支持する可動子支持部１５である一対の移動板を含む。移動体１１のうち、スピンドル１２を収容するハウジング１３はハウジング１３の両側に設けられた一対のガイド軸受支持部１４によって、一対のガイド軸受支持部１４の中間で保持される。したがって、本実施の形態の形彫放電加工装置１０は、実質的にスピンドル１２で移動体１１が構成される。また、移動体１１の中心軸はスピンドル１２の軸Ｚ１である。なお、例えば、移動体１１の往復移動する直線一軸方向に直交する断面において、スピンドル１２が移動体１１の実質的に中央に位置するとみなせる場合には、移動体１１の中心軸をスピンドル１２の軸Ｚ１であるとみなすことができる。

また、スピンドル１２は、軸Ｚ１を中心に回転する回転体であり、図２中下端には不図示の工具電極が取り付けられ、ハウジング１３の上端側に取り付けられる不図示のモータにより回転駆動される。したがって、回転する工具電極の質量に関係なく、移動体１１の中心軸は、基本的に変わらない。

案内手段は、ガイドレール上をガイド軸受が走行する構成であって、移動体を直線一軸方向に案内支持する。案内手段は、一対の移動板であるガイド軸受支持部１４のそれぞれに設けられる。案内手段２０は、スピンドル１２の軸方向であるＺ軸方向に延びるガイドレール２０Ａと、ガイドレール２０Ａに係合するガイド軸受２０Ｂとを備える。案内手段２１は、Ｚ軸方向に延びるガイドレール２１Ａと、ガイドレール２１Ａに係合するガイド軸受２１Ｂとを備える。

ここでは、ハウジング１３は、一対の案内手段２０、２１を支持するガイド軸受支持部１４と一対のリニアモータ２４、２５を支持する可動子支持部１５とでなる移動板を取り付けるための胴部１６を外周に備えている。具体的には、胴部１６の外周面からＸ軸方向両側にＸ軸方向に延びるように一対のガイド軸受支持部１４が固定される。また、胴部１６は、後述のように、Ｙ軸方向の対向する外周面に、リニアモータ２４、２５の可動子２４Ａ、２５Ａをそれぞれ支持する一対の可動子支持部１５を備える。また、ガイド軸受支持部１４の先端部にはリニアスケール３２（図２では不図示、図４参照）が取り付けられ、機体構造物であるコラム３に設けられる第１支持部材３９に取り付けられた不図示の光センサによってＺ軸方向の位置情報を検出する。係る位置情報は不図示の制御部によるリニアモータ２４、２５の制御に用いられる。

前述のように図２に示す実施形態では、ハウジング１３の胴体部分に胴部１６を取り付けて、胴部１６にガイド軸受支持部１４および可動子支持部１５を取り付けてあるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種構成を適用できる。例えば、ハウジング１３が１つまたは複数の部材から構成されているとして、胴部１６がハウジング１３の胴体部分として当該ハウジング１３の胴体部分と一体的に製造されて、ハウジング１３の胴体部分に直接的にガイド軸受支持部１４および可動子支持部１５を取り付けるようにしてよい。また、ガイド軸受支持部１４または可動子支持部１５のいずれか一方またはそれら両方と胴部１６を一体的に製造して当該胴部１６をハウジング１３の胴体部分に取り付けてもよい。或いは、ガイド軸受支持部１４または可動子支持部１５のいずれか一方またはそれら両方と胴部１６とハウジング１３の胴体部分とを一体的に製造してもよい。

図３、４に示すように、コラム３は、コラム３からＹ軸方向負の向き（加工槽６側）に張り出した第１支持部材３９と、第１支持部材３９のＹ軸方向負の向きに取り付けられた第２支持部材３８とを備える。本第１の実施形態において、第１支持部材３９は、Ｙ軸負方向に向いた支持壁３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃを有する柱形状部材である。第２支持部材３８は、１つの板状部材のＸ軸方向両端部にＹ軸方向に延びる板状部材がそれぞれ連結した枠状部材である。第２支持部材３８の内周壁は、Ｘ軸方向に対向する支持壁３８Ａ、３８Ｃと、第１支持部材３９の支持壁３９Ａ、３９Ｂ、３９ＣとＹ軸方向に対向する支持壁３８Ｂを備えている。

第１支持部材３９と第２支持部材３８との間には、支持壁３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃで囲まれる中空空間が形成され、係る中空空間に主軸装置１の移動体１１が直線一軸方向に往復移動するように保持される。

ガイド軸受２０Ｂは、一方のガイド軸受支持部１４に取り付けられ、ガイド軸受２１Ｂは、他方のガイド軸受支持部１４に取り付けられる。また、ガイドレール２０Ａ、２１Ａは、ガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂとそれぞれ係合可能に、ガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂと対向して支持壁３９Ａ、３９Ｃにそれぞれ取り付けられる。なお、各ガイドレール２０Ａ、２１Ａと各ガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂのどちらか一方が、放電加工装置１０を構成する機体構造物の第１支持部材３９または第２支持部材３８に設けられた任意の支持壁に設けられ、他方が一方に係合するように移動体１１に取り付けられるものであれば、任意の取付方法および取り付け位置を採用することができる。

また、案内手段２０は、ガイドレール２０Ａがガイド軸受２０Ｂと係合する係合中心２０Ｃを有し、案内手段２１は、ガイドレール２１Ａがガイド軸受２１Ｂと係合する係合中心２１Ｃを有する。なお、ここでは、ガイド軸受２０Ｂは、図４に４つの点Ｐで示す位置にボールが配設されたボール軸受けであるため、４点に囲まれる四角形の中心が係合中心２０Ｃとなる。ガイド軸受２１Ｂも、ガイド軸受２０Ｂと同一部品であり、ガイド軸受２０Ｂと同様の方法で係合中心２１Ｃが特定されている。

また、図４に示すように、主軸装置１において、移動体１１の中心軸（スピンドル１２の軸Ｚ１）と直交する断面において、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃが、スピンドル１２を横断する横断直線ＬＣ上に、横断直線ＬＣと直交し移動体１１の中心軸（スピンドル１２の軸Ｚ１）を通る直交直線ＬＺを挟んで配置されている。

なお、図４において、スピンドル１２が最大径となる位置のスピンドル断面１２Ａを破線で示す。一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃを通る横断直線ＬＣを含み移動体１１の中心軸に平行な平面は、スピンドル１２の少なくとも一部と交差しており、横断直線ＬＣはスピンドル１２の径が最大径となる位置のスピンドル断面１２Ａを横断している。また、ガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂとガイド軸受支持部１４とが当接して固定される位置を結ぶ直線上にスピンドル１２の軸Ｚ１が位置している。

上記のように、移動体１１の中心軸と直交する断面において、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃが、スピンドル１２を横断する横断直線ＬＣ上に、横断直線ＬＣと直交し移動体１１の中心軸を通る直交直線ＬＺを挟んで配置されていることにより、移動体１１の中心軸に直交する断面において、スピンドル１２の軸Ｚ１を両側から支持することができ、主軸装置１を安定した姿勢で案内支持して、軸方向に円滑に移動させることができる。また、スピンドル１２の軸Ｚ１と移動体１１を支持する一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃとの距離が互いに近いため、係合中心の位置における移動体１１の直線一軸方向の動きと、移動体１１の中心軸の位置における移動体１１の直線一軸方向の動きを好適に一致させて、移動体１１の移動に伴う振動の発生を抑制し、往復移動に伴う案内手段２０、２１における摩擦抵抗によって、移動体１１にモーメントが発生することを抑制することができる。また、スピンドル１２の軸Ｚ１が、スピンドル１２を含む移動体１１の中心軸であって移動体１１の重心位置または移動体１１と共に移動する部材と移動体１１を全て含めた移動体全体の重心位置を通る軸と同軸である場合には、同効果をより顕著に奏することができる。

また、振動の発生源であるスピンドル１２の軸Ｚ１と移動体１１の中心軸がほぼ一致し、スピンドル１２の軸Ｚ１と一対の支点が機体構造物からほぼ同じ距離の位置にあるので、移動体１１が振動しにくく、振動の拡大が抑えられる。スピンドル１２が移動体と一体的な構造は、特に、鉛直一軸方向に往復移動し、相対的に質量の大きい工具電極を取り付けて移動体１１全体の重量がより大きくなる形彫放電加工機に有効である。この結果、形彫放電加工機においては、振動を効果的に抑制することによって、加工間隙を維持するいわゆるサーボ動作における応答性能を向上することができる。また、工具電極を急速に往復運動（上昇及び下降）させて汚れた加工液と加工屑をギャップから追い出すいわゆるジャンプ動作時の振動を大幅に低減することができる。

さらに、上記の実施形態では、移動体１１の中心軸と直交する断面において、移動体１１の中心軸と一方の係合中心２０Ｃとの距離が移動体１１の中心軸と他方の係合中心２１Ｃとの距離と等しい位置に一対の案内手段２０、２１が配置されている。このため、より好適に、主軸装置１を安定した姿勢で案内支持することができる。

上記の各効果を奏するために、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃは、可能な限り移動体１１の中心軸、言い換えると、例えばスピンドル１２の軸Ｚ１に近い位置を通る横断直線ＬＣ上にあることが望ましい。例えば、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃは、図４中Ｙ軸方向に、横断直線ＬＣがスピンドル１２の最大径となる位置のスピンドル断面１２Ａを横切る範囲に位置すればよい。

なお、上記のように、移動体１１を案内する距離が長くなるほど質量が大きくなるガイドレール２０Ａ、２１Ａを、静止する部材である支持壁３８Ａ、３８Ｃに設け、ガイド軸受２０Ｂを移動体１１側に設けた場合には、移動体１１を好適に軽量化することができる。

リニアモータ２４、２５は、移動体１１にＺ軸方向に駆動力を付勢するリニアモータであって、励磁コイルである固定子２４Ｂ、２５Ｂと、固定子２４Ｂ、２５Ｂとそれぞれ所定の間隙を挟んで対向配置する可動子２４Ａ、２５Ａを備える。可動子２４Ａ、２５Ａは、所定のピッチで配列する複数の永久磁石から構成されている。

ハウジング１３の胴部１６のＹ軸方向にスピンドル１２を挟んで対向する面には、Ｚ軸方向に延びる一対の可動子支持部１５が固定されている。また、一対の可動子支持部１５は、架橋部１５Ａにより互いに固定されている。リニアモータ２４、２５の可動子２４Ａ、２５Ａは、可動子支持部１５に接着剤で接着されて固定されている。また、可動子２４Ａ、２５Ａと対向して、固定子２４Ｂ、２５Ｂは、支持壁３９Ｂ、３８Ｂにそれぞれ取り付けられている。

リニアモータ２４、２５の各々は、固定子２４Ｂ、２５Ｂと可動子２４Ａ、２５Ａに駆動力が作用する駆動中心２４Ｃ、２５Ｃを有し、一対の駆動中心２４Ｃ、２５Ｃがスピンドル１２を挟んで対向して位置するように構成されている。この場合には、スピンドル１２に対して対向する位置から均等に駆動力を付与することができ、スピンドル１２を含む移動体１１に対して力点を等距離に対向配置して移動体１１のバランスを取ることができるので、主軸装置１を安定した姿勢で移動させることができる。また、複数のリニアモータ２４、２５に駆動力を分担させることで、１箇所に発熱を集中させず、固定子２４Ｂ、２５Ｂの発熱によるスピンドル１２の熱変位を低減することができる。

また、リニアモータ２４、２５の各々が、移動体１１の中心軸に直交する断面において、移動体１１の中心軸と一方の駆動中心２４Ｃとの距離が移動体１１の中心軸と他方の駆動中心２５Ｃとの距離と等しい位置に配置された場合には、移動体１１にバランス良く駆動力を与えて主軸装置１をより安定した姿勢で移動させることができる。また、図４の例に示すように、一対の駆動中心２４Ｃ、２５Ｃの中心にスピンドル１２の軸Ｚ１が位置する場合には、同効果をより顕著に奏することができる。また、スピンドル１２の軸Ｚ１がスピンドル１２を含む移動体１１の中心軸であって移動体１１の重心位置または移動体１１と共に移動する部材と移動体１１を全て含めた移動体全体の重心位置を通る軸と同軸である場合には、同効果をより顕著に奏することができる。

また、上記のように、固定子２４Ｂ、２５Ｂを支持壁３９Ｂ、３８Ｂに取り付け、可動子２４Ａ、２５ＡをＺ軸方向に移動する移動体１１側に取り付けた場合には、固定子２４Ｂ、２５Ｂをスピンドル１２を含む移動体１１から離れて位置する構造とすることで、発熱体である励磁コイルの熱による移動体１１の熱変位を抑制して姿勢の変動を抑制することができる。また、配線などが不要な永久磁石から構成される簡易な構造である可動子２４Ａ、２５Ａを移動体１１に取り付けることで移動体全体の構造を簡易化することができる。

また、本実施形態によれば、ハウジング１３は、Ｘ軸方向に延びる一対のガイド軸受支持部１４を有し、案内手段２０、２１のガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂ（又はガイドレール２０Ａ、２１Ａ）を取り付け可能に構成されている。さらに、ハウジング１３は、Ｙ軸方向の対向する外周面に、一対の可動子支持部１５を有し、リニアモータ２４、２５の可動子２４Ａ、２５Ａとして励磁コイル（又は永久磁石）を取り付け可能に構成されている。

このように、ハウジング１３に、案内手段２１、２２のガイド軸受及びガイドレールの一方と、リニアモータ２４、２５の可動子として励磁コイル又は永久磁石の一方とを取り付け可能な支持部を設けたような構造にすることにより、従来のように案内手段及びリニアモータを取り付けるための比較的高剛性で大型のクイル又はスライダを備える必要が無いため、軸方向に移動する移動体１１を軽量化することができる。また、軽量化を実現した結果、駆動力を低減することができるため、リニアモータ２４、２５の発熱を抑制し、発熱によるスピンドル１２の熱変位を抑制することができる。また、本実施形態によれば、ガイド軸受支持部１４がガイド軸受２０Ｂ、２０Ｂを取り付け可能な必要最小限の大きさに構成されているため、好適に移動体１１の軽量化を実現することができる。

また、移動体１１を所望の軸方向に移動可能に案内支持し、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃを移動体１１の中心軸と直交する断面において、スピンドル１２を横断する横断直線ＬＣ上に、横断直線ＬＣと直交し移動体１１の中心軸を通る直交直線ＬＺを挟んで位置させるように一対の案内手段２０、２１を取り付けられるものであれば、ガイド軸受支持部等のハウジング及び支持壁は任意の構造としてよい。また、移動体１１を所望の軸方向に移動可能に駆動し、一対の駆動中心２４Ｃ、２５Ｃをスピンドル１２の軸Ｚ１を挟んで実質的に対向して位置させるように一対のリニアモータ２４、２５を取り付けられるものであれば、支持壁及びハウジング１３は任意の構造としてよい。例えば、ハウジング１３を取り囲む筒状部材の一部として支持壁を設けてもよく、ハウジング１３の周囲に柵状に支持壁を設けてもよい。また、各実施形態に限定されず、機体構造物は、放電加工装置１０を構成する構造物であって、支持壁を有するものであれば、任意の構造を有する任意の数の構造物で構成することができる。例えば、機体構造物は、機体構造物の筐体などの一部が支持壁として機能するものであってもよく、機体構造物が支持壁を形成する部品を含むものであってもよい。

また、一対の可動子２４Ａ、２５Ａをそれぞれ支持する一対の可動子支持部１５は、図４、５に破線で示すように、可動子２４Ａ、２５Ａに沿って延びる炭素繊維強化樹脂製又は構造用セラミックス製の補強部１８をそれぞれ備えることが好ましい。この場合には、主軸装置１の軽量化を図りつつ、可動子支持部１５の剛性を高め、移動に伴う振動などを抑制することができる。また、移動体１１全体としても固有振動数を向上させることができる。

例えば、図４、５に示すように、破線で示すように可動子２４Ａを挟んで位置し、可動子２４Ａに沿って延びるリブ形状の一対の補強部１８であって、補強部１８の可動子２４Ａに沿った長さが可動子２４Ａの長さ以上の長さとなる補強部１８を設けることが考えられる。また、この場合、可動子２５Ａに対しても、同様に、破線で示すように可動子２５Ａを挟んで位置し、可動子２５Ａに沿って延びるリブ形状の一対の補強部１８であって、補強部１８の可動子２５Ａに沿った長さが可動子２４Ａの長さ以上の長さとなる補強部１８を設けることが好ましい。

図５に、第２の実施形態に係る主軸装置１の平面図を示す。第２の実施形態は、案内手段２０、２１は、スピンドル１２の軸Ｚ１に直交する断面において、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃを結ぶ線分の中央点Ｃがスピンドル１２の軸中心と一致するように配置されている。この場合には、一対の係合中心２０Ｃ、２１Ｃの位置を最適化して、より主軸装置１の移動の際の安定性を向上することができる。なお、第２の実施形態は、係合中心２０Ｃ、２１Ｃの位置を異ならせた以外は、第１の実施形態と同様である。

図６に、第３の実施形態に係る主軸装置１の平面図を示す。第３の実施形態は、ガイドレール２０Ａ、２１Ａをハウジング１３側に取り付け、ガイド軸受２０Ｂ、２１Ｂを支持壁３９Ａ、３９Ｃに取り付け、永久磁石で構成される固定子２４Ｂ、２５Ｂを支持壁３９Ｂ、３８Ｂに取り付け、励磁コイルで構成される可動子２４Ａ、２５Ａをハウジング１３側に取り付けた点で第１の実施形態と異なる。第３実施形態は、それ以外は第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態に示すように、ガイドレール２０Ａとガイド軸受２０Ｂの一方がコラム３に設けられた支持壁に設けられ、ガイドレール２０Ａとガイド軸受２０Ｂの他方がハウジング１３に設けられるものであれば、ガイドレール２０Ａを移動体１１に設け、ガイド軸受２０Ｂを支持壁に設けてもよい。同様に、ガイドレール２１Ａとガイド軸受２１Ｂの一方がコラム３に設けられた支持壁に設けられ、ガイドレール２１Ａとガイド軸受２１Ｂの他方がハウジング１３に設けられるものであれば、ガイドレール２１Ａを移動体１１に設け、ガイド軸受２１Ｂを支持壁に設けてもよい。

また、第３の実施形態に示すように、永久磁石と励磁コイルの一方が固定子２４Ｂとしてコラム３の第１支持部材３９または第２支持部材３８に設けられた支持壁に取り付けられ、他方が可動子２４Ａとしてハウジング１３に取り付けられるものであれば、永久磁石を可動子２４Ａとして移動体１１に設け、励磁コイルを固定子２４Ｂとして支持壁に設けてもよい。同様に、永久磁石と励磁コイルの一方が固定子２５Ｂとしてコラム３の第１支持部材３９または第２支持部材３８に設けられた支持壁に取り付けられ、他方が可動子２５Ａとしてハウジング１３に取り付けられるものであれば、永久磁石を可動子２５Ａとして移動体１１に設け、励磁コイルを固定子２５Ｂとして支持壁に設けてもよい。

以上、本発明の主軸装置について詳細に説明したが、本発明において、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよい。

１ 主軸装置
２ 加工ヘッド
３ コラム（機体構造物）
４ サービスタンク
５ 加工電源装置
６ 加工槽
９ 操作装置
１０ 放電加工装置
１１ 移動体
１２ スピンドル
１３ ハウジング
１４ ガイド軸受支持部
１５ 可動子支持部
１６ 胴部
１７ リニアスケール取付部
２０、２１ 案内手段
２０Ａ、２１Ａ ガイドレール
２０Ｂ、２１Ｂ ガイド軸受
２０Ｃ、２１Ｃ 係合中心
３０、３１ リニアモータ
２４Ａ、２５Ａ 可動子
２４Ｂ、２５Ｂ 固定子
２４Ｃ、２５Ｃ 駆動中心
３２ リニアスケール
３８ 第２支持部材
３９ 第１支持部材
３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ 支持壁
Ｚ１ スピンドルの軸

Claims (8)

1. 支持壁を有する機体構造物に取り付けられる主軸装置であって、
   前記支持壁で形成される中空空間を前記機体構造物に対して上下方向の直線一軸方向に往復移動する移動体であって、スピンドルと該スピンドルを収容するハウジングとを含んでなる移動体と、
   前記直線一軸方向に延びるガイドレールと、該ガイドレールに係合するガイド軸受とを備えてなり、前記ガイドレールが前記ガイド軸受と係合する係合中心を有する案内手段であって、前記移動体を前記直線一軸方向に案内支持する一対の案内手段と、
   前記移動体を前記直線一軸方向に移動させる一対の駆動源と、を備え、
   前記各ガイドレールと前記各ガイド軸受のどちらか一方が、前記中空空間に向かう垂直方向が同じ前記支持壁に設けられ、他方が一方に係合しかつ前記垂直方向に対向するように前記移動体に取り付けられ、前記移動体の中心軸と直交する断面において、一対の前記係合中心が、前記スピンドルを横断する横断直線上に、該横断直線と直交し前記移動体の中心軸を通る直交直線を挟んで配置され、
   前記一対の駆動源の各々が駆動力の作用する駆動中心を有し、一対の前記駆動中心が前記スピンドルを挟んで対向して位置して、前記一対の駆動中心が前記一対の係合中心を通る直線を挟んで配置されていることを特徴とする工作機械の主軸装置。
2. 前記一対の案内手段は、前記移動体の中心軸と直交する断面において、前記移動体の中心軸と一方の前記係合中心との距離が前記移動体の中心軸と他方の前記係合中心との距離と等しい位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の工作機械の主軸装置。
3. 前記一対の案内手段は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記一対の係合中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記移動体の中心軸の位置と一致するように配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の工作機械の主軸装置。
4. 前記一対の駆動源は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記移動体の中心軸と一方の前記駆動中心との距離が前記移動体の中心軸と他方の前記駆動中心との距離と等しい位置に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の工作機械の主軸装置。
5. 前記一対の駆動源は、前記移動体の中心軸に直交する断面において、前記一対の駆動中心を結ぶ線分の中央点の位置が前記移動体の中心軸の位置と一致するように配置されることを特徴とする請求項４記載の工作機械の主軸装置。
6. 前記各ガイドレールが前記支持壁に取り付けられて、前記各ガイド軸受が前記移動体に取り付けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の工作機械の主軸装置。
7. 前記一対の駆動源が、一対のリニアモータであって、前記リニアモータの各々が、可動子と固定子を備え、前記固定子が前記支持壁に取り付けられ、前記可動子が前記移動体に取り付けられ、一対の前記固定子の一方が、前記中空空間に向かう垂直方向が前記垂直方向と同じである前記支持壁に取り付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の工作機械の主軸装置。
8. 前記移動体の中心軸が前記スピンドルの軸であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の工作機械の主軸装置。