JP6499629B2 - エアバランス機構、及びエアバランス機構の姿勢調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体の上下方向の移動を補助するエアバランス機構、及びエアバランス機構の姿勢調整方法に関する。

工作機械は、垂直軸に沿って移動する移動体の近傍位置にエアバランス機構を備えるものがある。例えば、特許文献１に開示されているように、工作機械に設けられるエアバランス機構（バランス装置）は、エア圧により移動体の重量を受ける重力キャンセラとして機能することで、移動体を円滑に移動させる。

この種のエアバランス機構は、通常、垂直軸に沿って直立する固定シャフトと、この固定シャフトを覆い且つ移動体に連結される可動シリンダとを有し、可動シリンダ内のエアが調整されることで、固定シリンダに対し可動シリンダを相対移動させる。なお、特許文献１に開示のエアバランス機構は、エアシリンダのシリンダ筒が固定側で、エアシリンダのピストンが移動体に連結される可動側となっている。

特開２００８−２０４３６６号公報

ところで、エアバランス機構は、固定シャフトと可動シリンダが非接触状態を保つように設けられることで、固定シャフトが可動シリンダに抵抗を付与することが抑制される。これにより、可動シリンダの変位を精度よく制御することができる。

そのため、固定シャフトは、その姿勢が垂直軸に平行となるように高精度に組み付けられる必要があり、例えば従来は、固定シャフトの下端に薄いシムを挟んで固定シャフトの姿勢を調整していた。しかしながら、シムを用いた姿勢の調整作業では、多くの手間がかかり、また精密な調整が難しいという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡単な構成によって、シャフトの姿勢を高精度且つ短時間に調整することができるエアバランス機構、及びエアバランス機構の姿勢調整方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、取付部と、前記取付部に固定されるフランジを一端に有するシャフトと、前記シャフトを覆い且つ前記シャフトに対して相対移動可能なシリンダと、を含むエアバランス機構であって、前記取付部及び前記フランジのうち少なくとも一方の接触部分には、逃げ部が設けられており、前記逃げ部と異なる位置で前記フランジと前記取付部を固定する１以上の固定ボルトと、前記逃げ部と重なる位置の前記フランジを通して前記取付部にねじ込まれることで、前記シャフトの姿勢を調整可能な１以上の調整ボルトと、を有することを特徴とする。

上記によれば、エアバランス機構は、逃げ部、固定ボルト及び調整ボルトによる簡単な構成で、シャフトの姿勢を高精度且つ短時間に調整することができる。すなわち、作業者は、固定ボルトによりシャフトのフランジと取付部を固定して、逃げ部を貫通している調整ボルトをねじり操作する。その結果、フランジの逃げ部に重なる肉部分が微量に変形し、シャフトは、この変形に追従して姿勢が動くことになる。従って作業者は、調整ボルトのねじ込み量を適宜変化させることで、シャフトの姿勢を少ない手間で精度よく調整することができる。

この場合、当該エアバランス機構は、前記シャフトの姿勢の調整時に、前記シリンダ内にエアを供給するエア供給部を有することが好ましい。

エア供給部が調整ボルトによる姿勢の調整時にシリンダ内にエアを供給することで、作業者は、シリンダから抜けるエア量の変化に基づきシャフトの姿勢が正常であるか否かを判断することができる。よって、作業を一層効率的に行うことが可能となる。

また、前記フランジは、平面視で正円形状に形成され、その中心点に前記シャフトの延在部分の軸心が一致するように固定され、前記逃げ部は、前記フランジを内側に浅く凹ませた凹部によって構成され、前記凹部は、前記フランジの同心正円形状で且つ前記シャフトの延在部分の外径よりも大径に形成されていることが好ましい。

シャフトの延在部分の軸心がフランジの中心点に一致することで、取付部に対するシャフトの荷重が均等的に分散される。そして、凹部がフランジの同心正円形状でシャフトの延在部分の外径よりも大径に形成されていることで、調整ボルトのねじり操作に伴い、凹部が形成されている部分の変形を良好に促し、シャフトの姿勢を調整することができる。

上記構成に加えて、前記固定ボルトと前記調整ボルトは、前記フランジの径方向に沿って並設されるとよい。

固定ボルトと調整ボルトがフランジの径方向に沿って並設されることで、調整ボルトがねじり操作された際には、固定ボルトが支点となって反対側の径方向にフランジを容易に変形させることができる。

さらに、前記取付部は、前記固定ボルト及び前記調整ボルトがそれぞれねじ込まれる複数の雌ネジ部を有し、前記複数の雌ネジ部は、前記固定ボルトの締結力よりも前記調整ボルトの締結力が大きいとよい。

エアバランス機構は、固定ボルトの締結力よりも調整ボルトの締結力が大きいことで、調整ボルトにより調整したシャフトの姿勢を強固に維持することができる。

またさらに、前記固定ボルトと前記調整ボルトは、互いに同形状に形成されているとよい。

作業者は、同形状のボルトを用意して調整作業を行えばよくなる。よって、作業の効率性がより向上する。

また、前記の目的を達成するために、本発明は、取付部と、前記取付部に固定されるフランジを一端に有するシャフトと、前記シャフトを覆い且つ前記シャフトに対して相対移動可能なシリンダと、を含むエアバランス機構の姿勢調整方法であって、前記取付部及び前記フランジのうち少なくとも一方の接触部分には、逃げ部が設けられており、１以上の固定ボルトによって前記逃げ部と異なる位置で前記フランジと前記取付部を固定する固定ステップと、前記固定ステップ後に、１以上の調整ボルトを、前記逃げ部と重なる位置の前記フランジを通して前記取付部にねじ込むことで、前記シャフトの姿勢を調整する調整ステップと、を有することを特徴とする。

この場合、前記調整ステップでは、エア供給部により前記シリンダ内にエアを供給して、前記シリンダから抜けるエア量に基づき前記シャフトの姿勢を調整するとよい。

本発明に係るエアバランス機構、及びエアバランス機構の姿勢調整方法によれば、簡単な構成によって、シャフトの姿勢を高精度且つ短時間に調整することができる。

本発明の一実施形態に係るエアバランス機構を備えた工作機械を示す斜視図である。 図１のエアバランス機構の延在板部及び固定シャフトの連結状態を示す側面断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。 図４Ａは、固定シャフトの姿勢調整方法を説明する第１説明図であり、図４Ｂは、固定シャフトの姿勢調整方法を説明する第２説明である。

以下、本発明に係るエアバランス機構、及びエアバランス機構の姿勢調整方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るエアバランス機構１０は、図１に示すように、工作機械１２の垂直軸であるＹ軸方向（上下方向）に沿って移動する移動体（後記のＹ軸スライダ５４）の重力キャンセラとして設置される。このエアバランス機構１０によって移動体の移動制御が容易化される。特に、本実施形態に係るエアバランス機構１０は、その設置姿勢が高精度且つ短時間に調整可能となっており、工作機械１２に対する組付性の向上が図られている。

以下では、本実施形態に係るエアバランス機構１０の理解の容易化のため、エアバランス機構１０が設けられる工作機械１２について先に説明していく。

工作機械１２は、ワークＷを加工するため、図示しない数値制御装置の制御下に、５軸の加工動作を行うように構成されている。詳細には、工作機械１２は、ワークＷを載置するテーブル１４を、Ｘ軸方向に往復移動すると共に、垂直方向を軸心とするＢ軸回りに回転可能としている。また、工作機械１２は、ワークＷを加工する工具１６を、Ｚ軸方向（テーブル１４に対し近接又は離間する方向）及びＹ軸方向に往復移動すると共に、水平方向を軸心とするＣ軸回りに工具１６を割り出し可能（工具１６の姿勢を位置決め可能）としている。

つまり、本実施形態に係る工作機械１２は、３軸の送り軸の他に、テーブル１４に旋回１軸を有すると共に、主軸に旋回１軸を有する。なお、エアバランス機構１０が適用される工作機械１２は、軸数について特に限定されるものではなく、また旋回軸の設置状態についても限定されるものではない。例えば、エアバランス機構１０は、テーブル１４側に旋回２軸を備える装置や工具１６側に旋回２軸を備える装置にも適用することができる。

工作機械１２のＸ軸の送り軸機構２０は、Ｘ軸ガイド体２２と、このＸ軸ガイド体２２上を往復動可能なＸ軸スライダ２４とで構成されている。工作機械１２のＢ軸の回転機構３０は、Ｘ軸スライダ２４の上部に固定されるステータ３２と、ステータ３２の内側に設けられこのステータ３２と相対回転自在なロータ３４とで構成されている。ロータ３４の上面には、ワークＷを固定保持する上記のテーブル１４が設けられ、このテーブル１４の上部にワークＷが位置決め固定される。

工作機械１２のＺ軸の送り軸機構４０は、一対のＺ軸ガイド体４２と、この一対のＺ軸ガイド体４２を往復動可能なＺ軸スライダ４４とで構成される。そして、Ｚ軸スライダ４４の上部には、Ｙ軸の送り軸機構５０が設けられている。

Ｙ軸の送り軸機構５０は、一対のＹ軸ガイド体５２と、この一対のＹ軸ガイド体５２に沿って往復動可能なＹ軸スライダ５４とで構成される。また、本実施形態に係るＹ軸の送り軸機構５０は、Ｚ軸スライダ４４の上部に直立して固定される支持体５８と、Ｙ軸スライダ５４の昇降を補助する上記のエアバランス機構１０とを含んで構成される。なお、Ｘ軸、Ｚ軸及びＹ軸の送り軸機構２０、４０、５０の各ガイド体と各スライダとの間には、流体（エアやオイル）を供給する静圧軸受が設けられ、この静圧軸受により各スライダの摺動性の向上が図られている。

一対のＹ軸ガイド体５２は、Ｙ軸スライダ５４の移動方向（Ｙ軸方向）に沿って相互に平行に延在して、Ｙ軸スライダ５４の移動をガイドする。各Ｙ軸ガイド体５２は、所定長さの角筒状を呈し、互いに離間した位置で鉛直方向に直立するように設置される。一対のＹ軸ガイド体５２の四方の側面のうち相互に対向し合う側面以外の側面は、Ｙ軸スライダ５４がスライドする際の摺動面を構成している。

また、一対のＹ軸ガイド体５２は、図１中のＺ２側の支持体５８に固定されていることで、その鉛直姿勢が支持される。なお図１中では、支持体５８を直方状のブロック体として図示しているが、支持体５８は、Ｙ軸スライダ５４上の軽量化を図るため、空洞を有するフレーム状に形成されているとよい。

Ｙ軸スライダ５４は、Ｃ軸の回転機構７０が固定される固定壁部５４ａと、固定壁部５４ａの両側辺に設けられる一対のガイド壁部５４ｂとを一体成形することにより構成される。固定壁部５４ａは、その表面が平坦状に形成され、またＣ軸の回転機構７０を保持可能な剛性を得るように充分な厚みを有している。一対のガイド壁部５４ｂは、各Ｙ軸ガイド体５２をフック状に囲っており、Ｙ軸スライダ５４のＸ方向及びＺ方向のぶれを抑制しつつ、Ｙ軸スライダ５４を上下方向にスライドさせる。

Ｃ軸の回転機構７０は、Ｙ軸スライダ５４に固定されるステータ７２と、このステータ７２と相対回転自在なロータ７４とで構成されている。ロータ７４は、ステータ７２の内側に一部が収容されると共に、Ｙ軸スライダ５４の反対面側（図１中のＺ１側）に露出している。ロータ７４の先端面側（図１中のＺ１側）には、工具１６を駆動してワークＷの加工を行う主軸機構７６が取り付けられる。

主軸機構７６は、特に限定されないが、引き切り加工、トリミング加工、切削加工等を行うものが適用される。例えば、主軸機構７６は、側面視で、Ｌ字状の支持部７６ａと、支持部７６ａの延出部分側で工具１６を保持してこの工具１６を軸回りに回転させるスピンドル部７６ｂとを含んで構成される。

Ｃ軸の回転機構７０を構成するステータ７２とロータ７４の間には、オイル（流体）の供給に伴いステータ７２に対するロータ７４の相対移動を円滑化する静圧軸受が設けられている。また、回転機構７０には、静圧軸受にオイルを供給する図示しないオイル供給機構と、静圧軸受からオイルを排液する図示しない排液機構とが設けられている。

以上のように、上下方向に沿って移動する移動体６０は、Ｙ軸スライダ５４、Ｃ軸の回転機構７０、主軸機構７６及び工具１６を含んでいる。よって、移動体６０全体としての重量が重くなり（例えば、２００ｋｇ前後）、数値制御装置による高精度な移動制御が難しくなる。そのため、本実施形態に係るエアバランス機構１０は、移動体６０（Ｙ軸スライダ５４）の重力をキャンセルするように構成される。

エアバランス機構１０は、エア圧の変化に基づき移動体６０を支持及び変位させる。このエアバランス機構１０は、Ｚ軸スライダ４４に取り付けられる延在板部８０と、延在板部８０の両側部の上面に固定される一対の固定シャフト８２と、各固定シャフト８２に対し相対移動自在にそれぞれ外装される一対の可動シリンダ８４とを含む。またエアバランス機構１０は、可動シリンダ８４内に可動エアを給排気する可動エア調整装置８６（図２参照）を有する。

エアバランス機構１０の延在板部８０は、一対の固定シャフト８２及び一対の可動シリンダ８４をＺ軸スライダ４４に設置するための設置用部材（取付部）である。延在板部８０は、平面視で、Ｘ軸方向に長くＺ軸方向に短い長方形状に形成され、その両側部がＸ軸方向外側に突出するようにＺ軸スライダ４４に設置される。Ｚ軸スライダ４４と延在板部８０とは、溶接等の固着手段により強固に固定される。なお、エアバランス機構１０は、延在板部８０を介さずに、固定シャフト８２がＺ軸スライダ４４に直接固定されてもよい。この場合、Ｚ軸スライダ４４が本発明の取付部となる。

延在板部８０は、充分な厚みをもっており、移動体６０を支持し得る剛性を有する。延在板部８０の上面は、平坦状に形成され、Ｚ軸スライダ４４の設置状態で水平に（Ｘ−Ｚ平面に対し平行に）配置される。延在板部８０の上面には、図２に示すように複数の取付部側雌ネジ部８１が設けられている。複数の取付部側雌ネジ部８１には、後記の固定ボルト９６及び調整ボルト９７がねじ込まれる。

すなわち、複数の取付部側雌ネジ部８１は、側面断面視で、延在板部８０の外側に設けられ固定ボルト９６に対応する取付部側固定雌ネジ部８１ａと、取付部側固定雌ネジ部８１ａよりも内側に設けられ調整ボルト９７に対応する取付部側調整雌ネジ部８１ｂとで構成される。取付部側雌ネジ部８１は、延在板部８０の上面から所定の深さに（例えば、固定ボルト９６や調整ボルト９７の雄ネジ部９６ｂ、９７ｂの軸方向長さよりも長く）形成されている。

一方図１に示すように、一対の固定シャフト８２は、Ｙ軸スライダ５４の移動方向（すなわち、工作機械１２の垂直軸）に対し平行となるように設置され、相対移動する可動シリンダ８４をガイドする。各固定シャフト８２は、軸方向に所定長さを有する円柱状のシャフト本体８８と、シャフト本体８８の下端に連結されて延在板部８０に固定されるフランジ９０とを組み付けて構成される。なお、シャフト本体８８とフランジ９０は一体成形されていてもよい。

各固定シャフト８２のシャフト本体８８は、その外周面が凹凸のない滑らかな曲面に形成され、また軸方向に沿って一定の外径で連続している。シャフト本体８８は、その軸心が直立するように、フランジ９０を介して延在板部８０に固定される。

図２に示すように、シャフト本体８８の内部には、可動エアを流動する流動路８８ａが設けられている。シャフト本体８８の下端には、流動路８８ａと外部とを連通させる図示しないコネクタが設けられ、流動路８８ａは、コネクタ及びチューブを介して可動エア調整装置８６に接続されている。また、シャフト本体８８の下端面には、本体側雌ネジ部８９が複数設けられている。複数の本体側雌ネジ部８９は、シャフト本体８８の軸心の中心から径方向に離れると共に、周方向に沿って等間隔に配置されている。

これらの本体側雌ネジ部８９には、フランジ９０を通して連結ボルト９２が下側からそれぞれねじ込まれる。連結ボルト９２は、例えば、頭部９２ａと、頭部９２ａに連なり頭部９２ａよりも細い胴部９２ｂと、胴部９２ｂに連なり外周面にねじ山が形成された雄ネジ部９２ｃとを有する。

固定シャフト８２のフランジ９０は、シャフト本体８８の下端に連結されることで、直立姿勢のシャフト本体８８を支持する。フランジ９０は、平面視で、シャフト本体８８の外径よりも大きな外径を有する正円形状に形成されている（図３も参照）。フランジ９０は、上記の連結ボルト９２によって、シャフト本体８８の軸心がその面方向に直交すると共に、その中心点に位置するように連結される。そのため、フランジ９０の一部は、シャフト本体８８との連結状態で、シャフト本体８８から径方向外側にある程度突出している。また、フランジ９０は、所定の厚みをもって形成されていることで、シャフト本体８８を安定的に支持可能な剛性を有している。

フランジ９０の上面の中心位置付近は、シャフト本体８８の下端面が面接触するように平坦状に形成されている。これに対し、フランジ９０の下面には、このフランジ９０の内側に凹んだ凹部９４が設けられている。この凹部９４は、延在板部８０とフランジ９０の連結状態で、延在板部８０とフランジ９０の間に空間９４ａ（逃げ部）を形成する。

凹部９４は、フランジ９０と同心正円形状に形成されており、またその直径がシャフト本体８８の外径よりも大径となっている。また、凹部９４は、下面から浅く（例えば、５ｍｍ以下に）形成されることで、フランジ９０の剛性を確保している。なお、凹部９４は、フランジ９０側に代えて（又はフランジ９０と共に）、延在板部８０側に設けられていてもよい。

この凹部９４の底面は、平坦状に形成され、また所定位置には、連結ボルト９２がねじ込まれるフランジ側孔部９１が複数設けられている。各フランジ側孔部９１は、シャフト本体８８の本体側雌ネジ部８９にそれぞれ対向する位置にあり、その内部に段差が設けられている。シャフト本体８８とフランジ９０の連結時には、底部側から連結ボルト９２が挿入されて、その頭部９２ａが段差に係合すると共に、本体側雌ネジ部８９に雄ネジ部９２ｃが螺合される。この連結ボルト９２のねじ止めにより、シャフト本体８８とフランジ９０が強固に連結される。

そして、固定シャフト８２は、シャフト本体８８から径方向外側に突出したフランジ９０の露出部分が延在板部８０に対して、姿勢調整可能に連結される。そのため、フランジ９０には、固定ボルト９６がねじ込まれる固定側雌ネジ部９５ａと、調整ボルト９７がねじ込まれる調整側雌ネジ部９５ｂとが複数（本実施形態では８つ、図３も参照）設けられている。

固定ボルト９６及び調整ボルト９７は、同一材料且つ同一形状によって成形されたものを適用することができる。すなわち、固定ボルト９６及び調整ボルト９７の区別は、固定側雌ネジ部９５ａ及び調整側雌ネジ部９５ｂのうちいずれかに適用されるかの違いである。

各固定ボルト９６及び各調整ボルト９７は、頭部９６ａ、９７ａと、頭部９６ａ、９７ａに連なり外周面にねじ山が形成された雄ネジ部９６ｂ、９７ｂとを有する。また、頭部９６ａ、９７ａの上面には、各固定ボルト９６及び各調整ボルト９７を捻るための操作穴９６ｃ、９７ｃ（図３参照）が設けられている。

図２及び図３に示すように、各固定側雌ネジ部９５ａと各調整側雌ネジ部９５ｂとは、フランジ９０の露出部分において、径方向に沿って並設される。また、各固定側雌ネジ部９５ａと各調整側雌ネジ部９５ｂとは、露出部分の周方向に沿って等間隔に（つまり４５°間隔で）設けられる。また、各固定側雌ネジ部９５ａと各調整側雌ネジ部９５ｂは、フランジ９０を上下に貫通すると共に、固定ボルト９６及び調整ボルト９７の頭部９６ａ、９７ａに係合する段差が内部に形成されている。

なお、固定側雌ネジ部９５ａ及び調整側雌ネジ部９５ｂの形成数は、特に限定されず、任意に設計してよい。また、固定側雌ネジ部９５ａと調整側雌ネジ部９５ｂの形成数は相互に異なっていてもよい。例えば、固定側雌ネジ部９５ａを露出部分の周方向に沿って４つ備える一方で、調整側雌ネジ部９５ｂを露出部分の周方向に沿って３つ備える等の構成でもよい。調整側雌ネジ部９５ｂ（調整ボルト９７）の数が少なければ、姿勢の調整作業をより短時間に行うことができる。

各固定側雌ネジ部９５ａは、フランジ９０の外周縁寄りで、凹部９４と異なる位置（重ならない位置）で、延在板部８０の各取付部側固定雌ネジ部８１ａに対向するように設けられる。従って、取付部側固定雌ネジ部８１ａ及び固定側雌ネジ部９５ａは、固定ボルト９６の螺合に伴い、フランジ９０と延在板部８０を相互に連結させる。取付部側固定雌ネジ部８１ａは、例えば、固定ボルト９６の雄ネジ部９６ｂを１０Ｎ程度の締結力で螺合する。

これに対し、調整側雌ネジ部９５ｂは、固定側雌ネジ部９５ａよりも径方向内側且つ凹部９４に重なる位置で、延在板部８０の各取付部側調整雌ネジ部８１ｂに対向するように設けられる。そのため、調整側雌ネジ部９５ｂは、調整ボルト９７がねじ込みにより凹部９４の底面を貫通すると、空間９４ａを通して取付部側調整雌ネジ部８１ｂに調整ボルト９７を挿入させる。取付部側調整雌ネジ部８１ｂは、取付部側固定雌ネジ部８１ａよりも僅かに細く（又はねじ山のピッチ間隔が短く）形成されることで、調整ボルト９７の雄ネジ部９７ｂを１０Ｎよりも大きな締結力で螺合する

ここで、固定シャフト８２のシャフト本体８８は、正常な姿勢から数μｍ程度傾くことでも、可動シリンダ８４の相対移動をガイドする際に抵抗を生じさせ、上下方向の変位制御に影響を与える可能性がある。そのため、通常は、エアバランス機構１０の組付に伴い、シャフト本体８８の姿勢の調整作業を行っている。

従来の姿勢調整方法では、既述したように、シャフト本体８８とフランジ９０の間にシム（図示せず）を挿入して、シャフト本体８８の姿勢を調整していた。例えば、この姿勢調整方法では、可動エア調整装置８６の駆動を停止して、シャフト本体８８とフランジ９０の間にシムを差し込む作業を行う。そして、シャフト本体８８の姿勢が正常になるまで、この作業を何度も繰り返すことにより、調整作業が終了する。その結果、姿勢の調整に多大な手間がかかっていた。

これに対し、本実施形態に係るエアバランス機構１０は、調整ボルト９７のねじり操作に基づき、フランジ９０に連結されたシャフト本体８８の直立姿勢を調整することができる。すなわち、調整ボルト９７がねじ込まれる延在板部８０とフランジ９０の間には、凹部９４により空間９４ａが形成されている。そのため、調整ボルト９７は、ねじ込み量が変わることで、凹部９４が設けられているフランジ９０の肉部分を微量に変形させることができる。

つまりシャフト本体８８が傾いている場合、例えば、作業者は、シャフト本体８８が傾いている方向と反対側の調整ボルト９７をねじ込んで、取付部側調整雌ネジ部８１ｂの挿入方向奥側に挿入していく。これにより、フランジ９０は、調整ボルト９７がねじ込まれた側に傾斜するので、フランジ９０の上面に連結されているシャフト本体８８も姿勢の傾きを解消するように動く。従って、作業者は、シャフト本体８８を正常な姿勢（つまり、Ｙ軸スライダ５４の上下方向と完全に平行となる姿勢）に、簡単に調整することができる。なお、調整時に、作業者は、シャフト本体８８が傾いている方向と同方向の調整ボルト９７のねじ込みを弛めてもよいことは勿論である。

図１に戻り、エアバランス機構１０の一対の可動シリンダ８４は、上端部に底部を有する有底円筒状に形成されている。各可動シリンダ８４の内側には、各固定シャフト８２の外径よりも僅かに大きな直径の内部空間８４ａが形成されている。可動シリンダ８４は、固定シャフト８２の上側から固定シャフト８２に被せられて、その内周面とシャフト本体８８の外周面との間で非接触状態を構築する。また、各可動シリンダ８４の軸方向の長さは、固定シャフト８２の軸方向の長さよりも短くなっている。

また、一対の可動シリンダ８４の下端部には、Ｙ軸スライダ５４と可動シリンダ８４とを架橋して、移動体６０の重量を可動シリンダ８４に伝達する架橋フレーム９８がそれぞれ設けられている。架橋フレーム９８は、充分な剛性を有するように厚みをもって形成され、適宜の連結手段（ねじ止め、溶接等）によりＹ軸スライダ５４及び可動シリンダ８４に連結されている。

図４Ａに示すように、架橋フレーム９８の内側には、可動シリンダ８４の内部空間８４ａの直径に一致する貫通孔９８ａが形成されている。さらに、架橋フレーム９８の下側には、非接触シール構造１００が固定されている。非接触シール構造１００は、そのシール内面が内側に突出して、内部空間８４ａの漏れ圧を下げるように貫通孔９８ａを緩く閉塞する一方で、シャフト本体８８の外周面に対し非接触性を維持する。例えば、非接触シール構造１００は、固定シャフト８２が正常な姿勢の場合に、シール内面とシャフト本体８８の外周面との間を数μｍのクリアランスＣとしている。

また図２及び図４Ａに示すように、エアバランス機構１０の可動エア調整装置８６は、一対の固定シャフト８２の流動路８８ａを介して、一対の可動シリンダ８４の内部空間８４ａに可動エアを適宜のタイミングで供給又は排出する。可動エアは、可動シリンダ８４内のエア圧を変動させつつ、非接触シール構造１００から微量に排出される。これにより、エアバランス機構１０は、Ｙ軸スライダ５４の上下方向の移動時に、Ｙ軸の送り軸機構５０の駆動制御と共にその駆動が制御されることで、移動体６０の荷重を分散して受けることができる。

そして、可動エア調整装置８６は、固定シャフト８２の姿勢の調整作業時に、作業者の操作下に調整用エアＣＡを供給するエア供給部として機能する。この調整用エアＣＡは、可動エアよりも少ない量であり、可動シリンダ８４の内部空間８４ａに流入されて、非接触シール構造１００の下部から微量に排出される。

本実施形態に係るエアバランス機構１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、エアバランス機構１０の姿勢調整方法及びその効果について説明する。

図２に示すように、エアバランス機構１０を組み付ける際に、作業者は、まず成形されたシャフト本体８８とフランジ９０とを連結ボルト９２によって連結する。これによりシャフト本体８８とフランジ９０が一体化した固定シャフト８２となる。また、エアバランス機構１０の延在板部８０は、固定シャフト８２の取付前に、Ｚ軸スライダ４４の上面に固定される。

そして、姿勢調整方法では、延在板部８０に対し固定シャフト８２を固定する固定ステップを行う。この場合、作業者は、延在板部８０の上面にフランジ９０を位置決めして、フランジ９０の固定側雌ネジ部９５ａ及び延在板部８０の取付部側固定雌ネジ部８１ａに固定ボルト９６をねじ込む。複数の固定ボルト９６は、その頭部９６ａがフランジ９０に強く係合するまでそれぞれ挿入されることで、延在板部８０とフランジ９０を強固に固定する。

さらに、作業者は、固定シャフト８２と延在板部８０の固定後に、フランジ９０の調整側雌ネジ部９５ｂ、空間９４ａ、延在板部８０の取付部側調整雌ネジ部８１ｂに調整ボルト９７をねじ込む。この際、複数の調整ボルト９７は、緩くねじ込まれて、フランジ９０に軽く係合する程度とする。これにより、固定シャフト８２の姿勢調整前の固定が終わり、この固定シャフト８２に可動シリンダ８４を被せると共に、可動エア調整装置８６を接続する。

そして、作業者は、固定ステップ後に、固定シャフト８２の姿勢を調整する調整ステップを行う。この調整ステップは、工場等の使用現場において工作機械１２を設置する際に実施されるとよい。調整ステップでは、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、可動エア調整装置８６から所定量の調整用エアＣＡを供給する。可動エア調整装置８６から供給された調整用エアＣＡは、固定シャフト８２に導入されると流動路８８ａを通って上方に流動して、可動シリンダ８４の内部空間８４ａに供給される。この調整用エアＣＡは、内部空間８４ａをある程度のエア圧とし、また可動シリンダ８４の下部の非接触シール構造１００から僅かに抜ける。

ここで図４Ａに示すように、固定シャフト８２のシャフト本体８８が垂直軸から傾いていた場合には、非接触シール構造１００のシール内面とシャフト本体８８の外周面のクリアランスＣの間隔が部分的に大きくなる。その結果、非接触シール構造１００の下部から調整用エアＣＡが多く漏出する。すなわち作業者は、固定シャフト８２の姿勢の正常又は異常を、可動シリンダ８４から抜ける調整用エアＣＡのエア量に基づき判断することができる。

固定シャフト８２の姿勢が傾いている場合に、図４Ｂに示すように、作業者は、１又は複数の調整ボルト９７をねじり操作して、そのねじ込み量を変えることにより固定シャフト８２の姿勢を調整する。調整ボルト９７は、ねじ込み量が変わることで、頭部９７ａによるフランジ９０の肉部分の押圧が強められる又は弱められる。そのため、フランジ９０は、空間９４ａに逃げる等してその上面に僅かな変形を生じさせ、シャフト本体８８の姿勢を動かす。

ここで、固定シャフト８２の姿勢が傾いているとしてもその傾斜は僅かであるので、作業者は固定シャフト８２の姿勢が正常になったか否かを認識し難い（仮に、姿勢が大きく傾いている場合は、固定ボルト９６の固定が緩い等、別の要因が想定される）。そのため、作業者は、調整ボルト９７のねじり操作中も、非接触シール構造１００の下部から抜ける調整用エアＣＡのエア量を確認し、エア量が減少した（又は殆ど無くなった）ことに基づき、固定シャフト８２の姿勢が正常となったことを判断する。これにより、短時間且つ良好に固定シャフト８２の姿勢調整作業を終了することができる。

以上のように、本実施形態に係るエアバランス機構１０は、フランジ９０の空間９４ａ、固定ボルト９６及び調整ボルト９７という簡単な構成によって、固定シャフト８２の姿勢を高精度且つ短時間に調整することができる。すなわち、作業者は、シャフト本体８８から露出しているフランジ９０の外側寄りを固定ボルト９６で螺合して固定した状態で、固定ボルト９６の内側で調整ボルト９７のねじり操作を行うことで、そのねじ込み量を適宜変化させる。このねじ込み量の変化によって、固定シャフト８２の姿勢が簡単に微調整される。

この場合、可動エア調整装置８６が姿勢調整時に可動シリンダ８４内に調整用エアＣＡを供給することで、作業者は、可動シリンダ８４から抜けるエア量の変化に基づき固定シャフト８２の姿勢が正常であるか否かを判断することができる。よって、作業を一層効率的に行うことが可能となる。

また、シャフト本体８８の軸心がフランジ９０の中心点に一致することで、延在板部８０に対する固定シャフト８２の荷重が均等的に分散される。そして、凹部９４がフランジ９０の同心正円形状でシャフト本体８８の外径よりも大径に形成されていることで、調整ボルト９７のねじり操作に伴い、凹部９４が形成されている部分の変形を良好に促し、固定シャフト８２の姿勢を調整することができる。これに加えて固定ボルト９６と調整ボルト９７がフランジ９０の径方向に沿って並設されることで、調整ボルト９７がねじり操作した際には、固定ボルト９６が支点となって反対側の径方向にフランジ９０を容易に変形させることができる。

さらに、エアバランス機構１０は、固定ボルト９６の締結力よりも調整ボルト９７の締結力が大きいことで、調整ボルト９７により調整した固定シャフト８２の姿勢を強固に維持することができる。またさらに、固定ボルト９６と調整ボルト９７が互いに同形状に形成されていることで、同じボルトを用意すればよくなり、作業の効率性がより向上する。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

１０…エアバランス機構 １２…工作機械
１６…工具 ４４…Ｚ軸スライダ
５０…Ｙ軸の送り軸機構 ５２…Ｙ軸ガイド体
５４…Ｙ軸スライダ ６０…移動体
７０…Ｃ軸の回転機構 ７６…主軸機構
８０…延在板部 ８１…取付部側雌ネジ部
８２…固定シャフト ８４…可動シリンダ
８４ａ…内部空間 ８６…可動エア調整装置
８８…シャフト本体 ９０…フランジ
９４…凹部 ９４ａ…空間
９６…固定ボルト ９７…調整ボルト
１００…非接触シール構造 ＣＡ…調整用エア

Claims (8)

1. 取付部と、
   前記取付部に固定されるフランジを一端に有するシャフトと、
   前記シャフトを覆い且つ前記シャフトに対して相対移動可能なシリンダと、を含むエアバランス機構であって、
   前記取付部及び前記フランジのうち少なくとも一方の接触部分には、逃げ部が設けられており、
   前記逃げ部と異なる位置で前記フランジと前記取付部を固定する１以上の固定ボルトと、
   前記逃げ部と重なる位置の前記フランジを通して前記取付部にねじ込まれることで、前記シャフトの姿勢を調整可能な１以上の調整ボルトと、を有する
   ことを特徴とするエアバランス機構。
2. 請求項１記載のエアバランス機構において、
   当該エアバランス機構は、前記シャフトの姿勢の調整時に、前記シリンダ内にエアを供給するエア供給部を有する
   ことを特徴とするエアバランス機構。
3. 請求項１又は２記載のエアバランス機構において、
   前記フランジは、平面視で正円形状に形成され、その中心点に前記シャフトの延在部分の軸心が一致するように固定され、
   前記逃げ部は、前記フランジを内側に浅く凹ませた凹部によって構成され、
   前記凹部は、前記フランジの同心正円形状で且つ前記シャフトの延在部分の外径よりも大径に形成されている
   ことを特徴とするエアバランス機構。
4. 請求項３記載のエアバランス機構において、
   前記固定ボルトと前記調整ボルトは、前記フランジの径方向に沿って並設される
   ことを特徴とするエアバランス機構。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエアバランス機構において、
   前記取付部は、前記固定ボルト及び前記調整ボルトがそれぞれねじ込まれる複数の雌ネジ部を有し、
   前記複数の雌ネジ部は、前記固定ボルトの締結力よりも前記調整ボルトの締結力が大きい
   ことを特徴とするエアバランス機構。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のエアバランス機構において、
   前記固定ボルトと前記調整ボルトは、互いに同形状に形成されている
   ことを特徴とするエアバランス機構。
7. 取付部と、前記取付部に固定されるフランジを一端に有するシャフトと、前記シャフトを覆い且つ前記シャフトに対して相対移動可能なシリンダと、を含むエアバランス機構の姿勢調整方法であって、
   前記取付部及び前記フランジのうち少なくとも一方の接触部分には、逃げ部が設けられており、
   １以上の固定ボルトによって前記逃げ部と異なる位置で前記フランジと前記取付部を固定する固定ステップと、
   前記固定ステップ後に、１以上の調整ボルトを、前記逃げ部と重なる位置の前記フランジを通して前記取付部にねじ込むことで、前記シャフトの姿勢を調整する調整ステップと、を有する
   ことを特徴とするエアバランス機構の姿勢調整方法。
8. 請求項７記載のエアバランス機構の姿勢調整方法であって、
   前記調整ステップでは、エア供給部により前記シリンダ内にエアを供給して、前記シリンダから抜けるエア量に基づき前記シャフトの姿勢を調整する
   ことを特徴とするエアバランス機構の姿勢調整方法。

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