JP6549077B2 - 工作機械の摺動構造 - Google Patents

Description

この発明は、移動テーブルとこれを支持したベースを備え、ベースに対して移動テーブルが摺動する工作機械に関する。

従来、工作機械における加工装置の摺動構造は、一方向に長いベースと、ベース上を長手方向に沿って摺動する移動テーブルが設けられている。移動テーブルには、この工作機械により所望の加工を行う加工装置が取り付けられる。移動テーブルを、ベース上に一方向に摺動可能に支持する案内機構として、転がり支持部とスライド支持部がある。転がり支持部は、静摩擦力と動摩擦力の差が小さいので、応答性が良く位置決めも容易である。また、摩擦が少ないので長期間安定した位置決め精度が期待できるものである。スライド支持部は、固体滑り面の剛性が高く、安定した移動を可能にする。そこで近年、転がり支持部とスライド支持部の両方を設けて、加工装置を円滑に移動させるものあり、例えば、以下の特許文献１〜４に開示されている。

特許文献１の複合摺動方式の工作機械は、移動部が、スライド手段と転がり手段を介してサポート部で支持され、移動部がスライド手段と転がり手段の両方に接触した状態でサポート部に対して相対的に移動するものである。

特許文献２のガイド装置及び前記ガイド装置を備える工作機械は、工作ベッドと、主要柱が設けられ、主要柱は、工作ベッドに接して摺動式に支持され、工作ベッドと主要柱の間には、ローラガイドレールも設けられているものである。

特許文献３のステージの案内装置は、ＬＳＩチップの製造工程においてウエハを位置決めするものであり、固定部上に、２個の転がり移動部を有する第一のすべり案内装置と、１個の転がり移動部を有する第二のすべり案内装置と、直動形転がり案内に案内されるステージが設けられている。ステージと直動形転がり案内の間には荷重分配器が設けられている。ステージと直動形転がり案内の間には支持案内機構とを含み、直動形転がり案内はステージの重心の直下に位置し、合計３個の転がり移動部を頂点とする三角形の重心が、ステージの重心の直下に位置するものである。

特許文献４の試料ステージおよび電子顕微鏡装置は、ベースと、移動テーブルと、ベースに対して移動テーブルを駆動させるための駆動機構と、ベースに対して移動テーブルを滑り接触させる固体滑り機構と、移動テーブルとベースとの間に設けられ移動テーブルの移動方向を拘束する転がり案内機構と、移動テーブルと転がり案内の間に形成された間隙に設けられた弾性部材が、設けられている。弾性部材は、移動テーブルの荷重を支持するように弾性変形可能であり、且つ移動テーブルの移動方向に直交する方向の移動テーブルの移動を拘束するものである。

特開２０００−３１７７５１号公報 特許第５９１９２８５号公報 特開平７−３７７９１号公報 特開２０１１−９１７１号公報

工作機械の加工装置の高さがベース面に対して比較的高い場合は、安定性が低く、更に重量が水平方向の一方に偏っている場合、加工装置にかかるモーメントが大きくなり、工作機械の移動の際に微小な揺れや振動が生じる恐れがある。しかしながら、上記特許文献に開示された装置の場合、高さが高く重心がベースに対して偏っている加工装置を安定して高速に移動させること等は考えられていないものである。

この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、荷重の大きい場合や加工装置に大きなモーメントが作用する場合も、安定して加工装置を移動させることができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明は、所定の設置位置に固定されたベースと、所定の加工を行う加工装置が固定されて前記ベース上を所定の方向に移動する移動テーブルが設けられた工作機械であって、前記移動テーブルは、スライド支持部と転がり支持部を介して前記ベース上に設置され、前記ベース上には、前記スライド支持部のスライド支持レールと前記転がり支持部の転がり支持レールとが互いに平行に固定され、前記移動テーブルの底面には、スライド支持レールに嵌合して摺動する嵌合摺動部と前記転がり支持レールに嵌合して移動する転がり移動部が固定され、前記移動テーブル側の荷重の６５〜９０％が前記転がり支持部にかかり、前記スライド支持部には、前記スライド支持レールの長手方向の回転軸を有して前記移動テーブルに作用するモーメントに抗して、前記移動テーブルを係止する係止手段が設けられている工作機械である。さらに、前記テーブルを移動させる駆動機構は、前記前記スライド支持レールよりも前記転がり支持レールに近い位置に、前記各レールに沿って平行に設けられているものである。

係止手段は、前記スライド支持レールに沿って設けられ前記転がり支持部と反対側に突出するフランジ部と、前記スライド支持レールに嵌合し、前記フランジ部の下面に対面して摺動する係止摺動部とから成るものである。

前記フランジ部の下面に対面して摺動する前記係止摺動部は、前記嵌合摺動部の、前記転がり支持レールとは反対側に位置する一端部に設けられているものである。

前記転がり支持部は、好ましくは、前記移動テーブル側の荷重の７５〜８５％を受けているものである。

本発明の工作機械は、加工装置を安定して移動することができ、重心の高い装置や、荷重が水平方向の一部に偏っている加工装置であっても、加工装置にかかるモーメントに抗して安定に移動可能であり、揺れや振動を抑え、安全に効率よく移動及び加工を行うことができる。しかも、小さい力で高精度で高速に移動及び位置決めを行うことができる。

この発明の第一実施形態の工作機械の斜視図である。 この実施形態の工作機械の正面図である。 この実施形態の工作機械の部分拡大断面図である。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図３はこの発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態の工作機械の摺動構造１０は、工作機械の加工装置１５を支持するベース１２と、ベース１２上を所定の方向に摺動し加工装置１５が固定された移動テーブル１４が設けられている。ベース１２と移動テーブル１４の間には、スライド支持部１６と転がり支持部１８が互いに平行に設けられて、移動テーブル１４を支持している。

移動テーブル１４は、スライド支持部１６と転がり支持部１８によって、所定の方向に案内されながら後述する駆動機構２０によって駆動される。ここで、図示するように、移動テーブル１４の移動方向であって水平方向にＸ軸をとり、それに直交する水平方向をＹ軸とする。また、垂直上方をＺ軸とする。なお、スライド支持部１６は、面接触により摺動する支持構造であり、剛性が高く、安定し、振動吸収性も優れており高精度な加工が可能である。転がり支持部１８は、点接触又は線接触するボール又はローラにより移動可能としたもので、移動抵抗が主に転がり抵抗であり抵抗が小さい。

ベース１２は、Ｘ軸に沿って長く設けられ、Ｚ軸方向に平面状の側面１３が一周して設けられ、上方に開口した矩形状に形成されている。ベース１２のＹ軸方向の垂直断面形状は、水平な平面の底面１２ａを有し、反対側の上面１２ｂ側には、ベース１２の幅の中心を挟んで両側に、スライド支持部１６のスライド支持レール２２と、転がり支持部１８の転がり支持レール２４が形成されている。スライド支持レール２２と転がり支持レール２４は、ベース１２の側面１３よりも僅かに外方に延びて取り付けられている。

スライド支持部１６のスライド支持レール２２は、Ｘ軸に沿って長細く設けられ、ベース１２の上面１２ｂ側に固定され、上面１２ｂに対して略直角な一対の下部側面２２ａ，２２ｂと、上面１２ｂに対して平行な天面２２ｃを有している。さらに、天面２２ｃから連続して直交する上部側面２２ｄは、側面２２ａよりも僅かに転がり支持レール２４側に突出している。転がり支持レール２４側とは反対側に位置する下部側面２２ｂの天面２２ｃ側には、移動テーブル１４に働くモーメントに抗して移動テーブル１４を係止する係止手段であるフランジ部２６が一体に形成されている。

フランジ部２６は、天面２２ｃと面一に側方に突出してスライド支持レール２２に沿って一体に設けられた細長い矩形であり、下部側面２２ｂに対して平行で下部側面２２ｂの外側に位置する上部側面２６ａと、上部側面２６ａの下端部に連続し下部側面２２ｂに対して直角で天面２２ｃと平行な下面２６ｂが設けられている。

転がり支持部１８の転がり支持レール２４は、Ｘ軸に沿って長細く設けられ、ベース１２の上面１２ｂ側に突設されたレール支持部１７上に設けられ、スライド支持レール２２より低い位置に設置されている。転がり支持レール２４はレール支持部１７上で、ベース１２の上面１２ｂに対して略直角の一対の側面２４ａ，２４ｂと、上面１２ｂに対して平行な天面２４ｃを有し、天面２４ｃの位置は、スライド支持レール２２の天面２２ｃよりも低い。側面２４ａ，２４ｂは、略Ｖ字状に切り欠かれ、転がり案内溝２８が形成されている。

転がり案内溝２８には、側面２４ａ，２４ｂと天面２４ｃに跨がって摺動可能に取り付けられた転がり移動部３２が取り付けられている。転がり移動部３２は、移動テーブル１４の底面に固定され、転がり支持レール２４に嵌合している。

ベース１２の上面１２ｂ側のスライド支持レール２２と転がり支持レール２４の間には、ベース１２の幅の中心よりスライド支持レール２２に近い方に、棒状の移動ガイド３４が設けられ、転がり支持レール２４に近い方には、駆動機構２０のボールネジ軸３６が設けられている。移動ガイド３４とボールネジ軸３６は、Ｘ軸方向に沿って平行に設けられている。ボールネジ軸３６の一端部には、モーター装置３７が取り付けられている。

移動テーブル１４は、ベース１２のスライド支持レール２２と転がり支持レール２４に跨がってＹ軸方向に覆う大きさを有する矩形の平板状に形成されている。移動テーブル１４の下面１４ａには、一方の側縁部近傍に、スライド支持レール２２上を摺動するスライド支持部１６の嵌合摺動部３８が形成されている。嵌合摺動部３８は、スライド支持レール２２の長手方向に摺動可能に形成されたもので、Ｘ軸方向に沿う溝状に形成されている。嵌合摺動部３８のＹ軸方向の断面形状は、スライド支持レール２２の上部側面２２ｄと天面２２ｃ、及びフランジ部２６の上部側面２６ａに嵌合可能に形成されている。さらに嵌合摺動部３８には、スライド支持レール２２に嵌合したときに、フランジ部２６の下面２６ｂに接して嵌合し、摺動可能な係止摺動部４０が設けられている。

係止摺動部４０は、図２，図３において移動テーブル１４の反時計周りに働くモーメントに抗して、移動テーブル１４を係止する係止手段である。これにより、スライド支持レール２２は嵌合摺動部３８に摺動可能に嵌合され、外れることがない。係止摺動部４０は、嵌合摺動部３８に一体に設けられ、又はネジにより着脱可能に設けても良い。従って、嵌合摺動部３８をスライド支持レール２２から外す時は先に係止摺動部４０を取り外すようにしても良く、嵌合摺動部３８の取り付け時には、スライド支持レール２２に嵌合摺動部３８嵌合させた後に、係止摺動部４０を取り付けても良い。

移動テーブル１４の下面１４ａには、嵌合摺動部３８と反対側の側縁部近傍に、転がり支持部１８の転がり移動部３２が取り付けられている。移動テーブル１４の下面１４ａの、嵌合摺動部３８と転がり移動部３２の間には、保持板４４が設けられている。保持板４４には、ボールネジ軸３６に螺合するナット４６と、移動ガイド３４が摺動可能に挿通されたリング部材４８が固定されている。

移動テーブル１４の上面１４ｂには、工作機械の加工装置１５を固定する固定部１４ｃが所定の構造で一体に設けられ、固定部１４ｃにより加工装置１５が強固に固定されている。

加工装置１５は、垂直方向に立設されほぼ立方体であり、移動テーブル１４の上面１４ｂに載置される底面１５ａと、底面１５ａに対して平行な上面１５ｂと、底面１５ａと上面１５ｂの間に位置する４方の側面１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆが設けられている。さらに、加工装置１５には、加工工具やその他の装置が上下動可能に取り付けられる取付部５０と、取付部５０の昇降をガイドする昇降ガイド部５２と、取付部５０を昇降させる昇降装置５４が設けられている。昇降装置５４は、ボールネジ軸５６とナット部５７，及びボールネジ軸３６を回転させるモーター装置５８とにより構成される。さらに、加工装置１５には、図示しない可動部や加工部材が設けられ、被加工物や処理対象に所望の加工や処理を施す。

加工装置１５が載置された移動テーブル１４は、スライド支持部１６の嵌合摺動部３８と、転がり支持部１８の転がり移動部３２によって支持されている。加工装置１５は、側面１５ｃ側の転がり支持部１８によって分担される荷重が、側面１５ｅ側のスライド支持部１６によって分担する負荷よりも大きい。加工装置１５が設けられた移動テーブル１４の荷重配分は、転がり支持部１８に６５〜９０％、好ましくは７５〜８５％、例えば８０％を分担させ、残りをスライド支持部１６に負担させるものである。

次にこの実施形態の工作機械の摺動構造１０の動作について説明する。加工装置１５を移動させる場合、駆動機構２０のモーター装置３７を駆動させ、ボールネジ軸３６を回転させる。これにより、ボールネジ軸３６に螺合しているナット４６が軸方向に移動し、移動ガイド３４にもガイドされて移動テーブル１４が移動して、スライド支持部１６と転がり支持部１８が、スライド支持レール２２と転がり支持レール２４に沿って移動する。

加工装置１５の、転がり支持部１８によって分担する負荷は、スライド支持部１６によって分担する負荷よりも大きいが、転がり支持部１８は転がり案内溝２８により滑らかに移動可能であり、移動に対する抵抗は転がり抵抗であり、抵抗は極めて小さい。また、加工装置１５の重心はＺ軸方向に高く、側面１５ｃ側の荷重が大きい場合、図２における反時計方向のモーメントやその他の方向のモーメントが働く。しかし、スライド支持レール２２にフランジ部２６が形成され、嵌合摺動部３８に係止摺動部４０が設けられているので、フランジ部２６の下面２６ｂには対面する係止摺動部４０が係合し、モーメントの向きに対向して係止面が形成され、移動テーブル１４は、加工装置１５を安定に保持して摺動する。さらに、スライド支持部１６は面接触による摺動であり、加工装置１５からの振動を抑え、加工精度や移動精度も高いものにすることができる。

この実施形態の工作機械の摺動構造１０によれば、加工装置１５を安定して移動することができる。加工装置１５の重心が高く、荷重が側面５０ｃ側に偏っていても、スライド支持部１６の嵌合摺動部３８には係止部材４０が設けられスライド支持レール２２に沿って安定に摺動可能である。また、転がり支持部１８は、負荷がスライド支持部１６よりも大きいが、転がり支持部１８は転がり案内溝２８により静摩擦力と動摩擦力の差が小さいので、円滑且つ高精度に移動可能である。従って、スライド支持部１６の負荷が大きくなると摩擦が大きくなり摺動しにくくなるが、これを軽減することができる。また、スライド支持部１６の位置決めを行うくさび等の部材も不要であり、高速且つ高精度の移動及び位置決めを可能にする。

なお、この発明の工作機械は、上記実施形態に限定されるものではなく、スライド支持部と転がり支持部の位置は、加工装置の荷重の偏りに合うものであれば良く、配置はこの実施形態とは逆でもよい。移動テーブルを駆動するボールネジ軸と移動ガイドの位置も自由に変更可能であり、互いに逆でもよい。移動テーブルを移動させる駆動機構は、ボールネジ軸とナット以外の方法でもよい。ガイドとリング部材の構造もこれに限定されず、確実に一方向にガイドするものであればよい。転がり支持部の転がり案内は、ボールによるもの以外にローラ等自由に変更可能である。

１０ 工作機械
１２ ベース
１４ 移動テーブル
１５ 加工装置
１６ スライド支持部
１８ 転がり支持部
２０ 駆動機構
２２ スライド支持レール
２４ 転がり支持レール
２６ フランジ部
２６ｂ 下面
２８ 転がり案内溝
３２ 転がり移動部
３４ 移動ガイド
３６ ボールネジ軸
３８ 嵌合摺動部
４０ 係止摺動部

Claims (4)

1. 所定の設置位置に固定されたベース（１２）と、所定の加工を行う加工装置（１５）が固定されて前記ベース（１２）上を所定の方向に移動する移動テーブル（１４）が設けられた工作機械において、
   前記移動テーブル（１４）は、スライド支持部（１６）と転がり支持部（１８）を介して前記ベース（１２）上に設置され、
   前記ベース（１２）上には、前記スライド支持部（１６）のスライド支持レール（２２）と前記転がり支持部（１８）の転がり支持レール（２４）とが互いに平行に固定され、前記移動テーブル（１４）の底面には、スライド支持レール（２２）に嵌合して摺動する嵌合摺動部（３８）と前記転がり支持レール（２４）に嵌合して移動する転がり移動部（３２）が固定され、
   前記移動テーブル（１４）側の荷重の６５〜９０％が前記転がり支持部（１８）にかかり、前記スライド支持部（１６）には、前記スライド支持レール（２２）の長手方向の回転軸を有して前記移動テーブル（１４）に作用するモーメントに抗して、前記移動テーブル（１４）を係止する係止手段（２６，４０）が設けられ、
   前記テーブル（１４）を移動させる駆動機構（２０）が、前記前記スライド支持レール（２２）よりも前記転がり支持レール（２４）に近い位置に、前記各レール（２２，２４）に沿って平行に設けられていることを特徴とする工作機械。
2. 前記係止手段は、前記スライド支持レール（２２）に沿って設けられ前記転がり支持部（１８）と反対側に突出するフランジ部（２６）と、前記スライド支持レール（２２）に嵌合し、前記フランジ部（２６）の下面（２６ａ）に対面して摺動する係止摺動部（４０）とから成る請求項１記載の工作機械。
3. 前記フランジ部（２６）の下面（２６ａ）に対面して摺動する前記係止摺動部（４０）は、前記嵌合摺動部（３８）の、前記転がり支持レール（２４）とは反対側に位置する一端部に設けられている請求項２記載の工作機械。
4. 前記転がり支持部（１８）は、前記移動テーブル（１４）側の荷重の７５〜８５％を受けている請求項２記載の工作機械。

Images