JP6610043B2 - ボールねじを有する工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、ボールねじを有する工作機械に関する。

工作機械である研削盤の一形態として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の研削盤は、砥石車を回転させつつ工作物に対してボールねじを用いて移動させ、工作物と砥石車との接触部位に向けて研削液を供給しながら工作物を砥石車で研削する。砥石車の砥石軸部材は、高速かつ高精度に回転するため静圧軸受により支持されている。この静圧軸受は、作動流体として油を使用している。

特開２０１０−２６９４１１号公報

砥石軸部材の静圧軸受に供給される油は、砥石軸部材の高速回転に伴うせん断発熱により温度上昇する。これにより、静圧軸受から熱が伝達して、砥石軸部材を支持する支持台の温度分布が不均一となる場合がある。この場合、支持台の熱変形が生じることにより、加工精度が低下する。
これに対して、支持台の熱変位を推定（計算）し、支持台の移動方向（ボールねじのねじ軸の軸線方向）の移動量を補正することが考えられる。しかし、熱変位を推定する基準となるボールねじのナット部材が接続された支持台の位置と、砥石車の回転中心となる静圧軸受が配設された位置との間における温度分布が複雑である場合、支持台の移動方向の熱変位の推定精度が低下して、支持台の移動量の補正精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであって、軸受を支持する支持台の温度分布が複雑となる場合においても、支持台の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる工作機械を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、請求項１の工作機械は、工具を保持し、回転駆動される回転軸部材と、回転軸部材を軸受により回転可能に支持する支持台と、ねじ軸およびねじ軸の軸線方向に沿って移動可能なナット部材を有するボールねじと、支持台とナット部材とが重なる位置にて、支持台とナット部材とを連結する連結部材と、を備えた工作機械であって、連結部材における支持台に接続する支持台接続部と、連結部材におけるナット部材に接続するナット接続部とは、ねじ軸の軸線方向に異なる位置に位置し、支持台接続部は、ねじ軸の軸線上における回転軸部材の軸線の位置と、ねじ軸の軸線方向と垂直な方向において重なるように配設され、連結部材は、熱変位の方向をねじ軸の軸線方向に沿った方向とするように形成されている。

上述した工作機械によれば、熱変位を推定する基準となるナット部材と、支持台とを連結する連結部材は、支持台接続部とナット接続部とをねじ軸の軸線方向に異なる位置に位置されるとともに、支持台接続部を、ねじ軸の軸線上における回転軸部材の軸線の位置と、ねじ軸の軸線方向と垂直な方向において重なるように配設された状態にて、ねじ軸の軸線方向に沿った方向に熱変位する。これにより、支持台の移動方向、すなわち、ねじ軸の軸線方向における支持台の熱変位の推定を、連結部材の熱変位を推定することによって行うことができる。また、連結部材は、ねじ軸の軸線方向に沿った方向に熱変位するため、熱変位の推定が比較的容易である。よって、支持台の温度分布が複雑となる場合においても、支持台の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる。

本発明による工作機械の第一実施形態の研削盤の平面図である。 図１に示すII−II線に沿った砥石台および砥石台トラバースベースの断面図である。 図２に示す連結部材の斜視図である。 本発明による工作機械の第二実施形態の横型マシニングセンタの側面図である。 図４に示す横型マシニングセンタの部分正面図である。 図４に示す横型マシニングセンタの部分側面図である。 本発明に係る第一実施形態の変形例を示す図である。

＜第一実施形態＞
（１．工作機械の概要）
本発明の工作機械の第一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本第一実施形態における工作機械は、図１に示す研削盤１である。研削盤１は、具体的には、軸状の工作物の研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤である。なお、図１において、Ｚ軸方向は、トラバース方向であり、Ｘ軸方向は、トラバース方向と直角な水平方向であり、Ｙ軸方向は、トラバース方向と直角な鉛直方向である。
図１に示すように、研削盤１は、主として、ベッド１０、主軸台２０、心押台３０、砥石支持装置４０および制御装置５０を備える。

ベッド１０は、平面矩形状に形成され、設置面（床）上に固定される。このベッド１０の上面には、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１を摺動可能とする一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが、Ｚ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間には、砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に駆動するためのＺ軸ボールねじ１１ｃが配置され、このＺ軸ボールねじ１１ｃを回転駆動するＺ軸モータ１１ｄが配置固定されている。

主軸台２０は、主軸台本体２１、主軸２２、主軸モータ２３および主軸センタ２４を備えている。主軸台本体２１には、主軸２２が回転可能に挿通支持されている。主軸台本体２１は、主軸２２の軸方向がＺ軸方向を向き、且つ一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂと平行になるようにベッド１０の上面に固定されている。

主軸２２の左端には、主軸モータ２３が設けられ、主軸２２は、主軸モータ２３により主軸台本体２１に対してＺ軸回りに回転駆動される。この主軸モータ２３には、主軸モータ２３の回転角を検出可能なエンコーダが備えられている。また、主軸２２の右端には、軸状の工作物Ｗの軸方向一端を支持する主軸センタ２４が取り付けられている。

心押台３０は、心押台本体３１および心押センタ３２を備えている。心押台本体３１には、心押センタ３２が回転可能に挿通支持されている。心押台本体３１は、心押センタ３２の軸方向がＺ軸方向を向くように、且つ心押センタ３２の回転軸が主軸２２の回転軸と同軸となるようにベッド１０の上面に固定されている。
すなわち、心押センタ３２は、主軸センタ２４と工作物Ｗの軸方向両端を支持してＺ軸回りに回転可能なように配置されている。心押センタ３２は、工作物Ｗの長さに応じて心押台本体３１の右端面からの突出量の変更が可能に構成されている。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１、砥石台４２（６０）および円盤状の砥石車４３（本発明の工具に相当）を備えている。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成されており、ベッド１０の上面において一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上を摺動可能に配置されている。

砥石台トラバースベース４１は、Ｚ軸ボールねじ１１ｃのＺ軸ナット部材（図示なし）に連結されており、Ｚ軸モータ１１ｄの駆動により一対のＺ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿って移動される。このＺ軸モータ１１ｄには、Ｚ軸モータ１１ｄの回転角を検出可能なエンコーダが備えられている。

砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２を摺動可能とする一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。砥石台トラバースベース４１の上面の一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂの間には、Ｘ軸ボールねじ４１ｃ（本発明のボールねじに相当）およびＸ軸モータ４１ｄが配設されている。

Ｘ軸ボールねじ４１ｃは、図２に示すように、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１（本発明のねじ軸に相当）およびＸ軸ナット部材４１ｃ２（本発明のナット部材に相当）を備えている。
Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１は、砥石台４２をＸ軸方向に駆動するために、Ｘ軸方向に沿って配設されている。
Ｘ軸ナット部材４１ｃ２は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１が回転することにより、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向（Ｘ軸方向）に沿って移動可能なものである。
Ｘ軸モータ４１ｄは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１を回転駆動するものである。このＸ軸モータ４１ｄには、Ｘ軸モータ４１ｄの回転角を検出可能なエンコーダが備えられている。

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面の一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂ上を摺動可能に配置されている。砥石台４２は、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２に連結部材６６（後述する）を介して連結されており、Ｘ軸モータ４１ｄの駆動により一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動される。
つまり、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０および心押台３０に対して、Ｘ軸方向（切込み方向）およびＺ軸方向（トラバース送り方向）に相対移動可能に構成されている。
砥石台４２（６０）の詳細は、後述する。

制御装置５０は、工作物Ｗに対する砥石車４３のＺ軸方向およびＸ軸方向の相対的な位置を変更して、工作物Ｗの外周面の研削を行う装置である。制御装置５０は、具体的には、各モータを制御して、工作物Ｗおよび砥石車４３をＺ軸回りに回転させるとともに、Ｚ軸ナット部材およびＸ軸ナット部材４１ｃ２の移動量を調整することにより、砥石台４２の移動量を調整する。制御装置５０の詳細は後述する。

（２．砥石台６０の詳細）
砥石台６０は、図２に示すように、砥石台本体６１（本発明の支持台に相当）、回転軸部材６２、軸受６３、タンク６４、循環路６５、連結部材６６および温度センサ６７を備えている。以下、図２において、Ｘ軸方向における図２の右側を前方、同じく左側を後方とし、Ｙ軸方向における図２の上側を上方、同じく下側を下方とし、Ｚ軸方向における図２の紙面奥側を左方、同じく紙面手前側を右方として説明する。

砥石台本体６１は、回転軸部材６２を軸受６３により回転可能に支持するものである。
回転軸部材６２は、砥石車４３を保持し、回転駆動されるものである。回転軸部材６２は、砥石台本体６１の上面にて、Ｚ軸方向に沿った回転軸部材６２の軸線Ｌ２周りに回転可能に支持されている。回転軸部材６２の一端には、円盤状の砥石車４３が同軸で取り付けられている。また、砥石台本体６１の上面には、ベルト・プーリ機構６８（図１参照）を介して回転軸部材６２を砥石車４３とともに回転駆動するための砥石回転用モータ６９が固定されている。

軸受６３は、回転軸部材６２を回転可能に支持するものである。軸受６３は、静圧軸受である。軸受６３には、タンク６４に貯留されている油（本発明の液体に相当）が供給される。
タンク６４は、砥石台本体６１に配設され、軸受６３に供給される油を貯留するものである。タンク６４は、砥石台本体６１の上部に配設されている。タンク６４は、具体的には、砥石台本体６１の上面から下方に向かって凹むように、かつ、上方を開放するように形成されている。また、タンク６４は、軸受６３の下方に位置する部位を有するように形成されている。

循環路６５は、タンク６４と軸受６３との間にて油を循環させる流路である。循環路６５は、流通路６５ａおよび還流路６５ｂを備えている。
流通路６５ａは、タンク６４に貯留されている油を軸受６３に流通させる流路である。流通路６５ａには、ポンプ６５ａ１が配設されている。ポンプ６５ａ１の吸込口６５ａ２が、タンク６４に貯留された油に浸漬している。ポンプ６５ａ１は、制御装置５０と電気的に接続されている。
還流路６５ｂは、軸受６３から排出された油をタンク６４に還流させる流路である。還流路６５ｂは、軸受６３の下端部を、タンク６４に向けて開放することにより形成されている。これにより、軸受６３を通過した油が、還流路６５ｂを介してタンク６４に自重にて排出される。

ここで、砥石台本体６１の熱変形について説明する。制御装置５０は、各モータを制御して、上述したように、工作物Ｗの外周面の研削を行う場合、ポンプ６５ａ１を制御して、タンク６４から軸受６３に油を供給する。軸受６３が静圧軸受であるため、回転軸部材６２の回転によって油が繰り返しせん断されることにより、油の温度が上昇する。この油が軸受６３からタンク６４に排出され、さらに軸受６３とタンク６４との間を循環することにより、タンク６４に貯留している油の温度が上昇する。この油の熱がタンク６４から砥石台本体６１に伝達するため、砥石台本体６１に温度勾配が生じる。砥石台本体６１の構造が比較的複雑であることにより、砥石台本体６１の温度勾配が比較的複雑となる。よって、砥石台本体６１の熱変形が複雑となるため、砥石台本体６１の熱変形量の推定精度が低下する。

図２に戻って、砥石台６０の構成について説明を続ける。
連結部材６６は、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とが重なる位置にて、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とを連結するものである。砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向と垂直な方向（本実施形態においては上下方向）に重なる位置にて、連結部材６６によって連結されている。連結部材６６は、前端部にて上方に向けて突出する部位を有する側面視Ｌ字状に形成されている。連結部材６６は、図３に示すように、ナット接続部６６ａ、砥石台接続部６６ｂ（本発明の支持台接続部に相当）および連結本体部６６ｃを備えている。ナット接続部６６ａ、砥石台接続部６６ｂおよび連結本体部６６ｃは、一体的に形成されている。

ナット接続部６６ａは、連結部材６６におけるＸ軸ナット部材４１ｃ２と接続する部位である。ナット接続部６６ａは、連結部材６６の後端部に設けられ、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２と接触する接触面６６ａ１を下方に有する部位である。ナット接続部６６ａは、具体的には、直方体状に形成されている。ナット接続部６６ａは、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２と接続して固定されるためのボルト（図示なし）を通す貫通穴６６ａ２が形成されている。

砥石台接続部６６ｂは、連結部材６６における砥石台６０と接続する部位である。砥石台接続部６６ｂは、上述した上方に向けて突出する部位を有する前端部に設けられ、砥石台６０と接触する接触面６６ｂ１を上方に有する部位である。砥石台接続部６６ｂは、具体的には、直方体状に形成されている。また、砥石台接続部６６ｂは、具体的には、砥石台本体６１の底壁に接続する。

砥石台接続部６６ｂとナット接続部６６ａとは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に異なる位置に位置している。砥石台接続部６６ｂは、具体的には、図２に示すように、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１上における回転軸部材６２の軸線Ｌ２の位置（図２における点Ａに相当）と、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向と垂直な方向において重なるように配設されている。本実施形態においては、砥石台接続部６６ｂは、回転軸部材６２の軸線Ｌ２の直下に位置するように配設されている。また、砥石台接続部６６ｂは、図３に示すように、砥石台本体６１と接続して固定されるためのボルト（図示なし）を通す貫通穴６６ｂ２が形成されている。砥石台接続部６６ｂは、この貫通穴６６ｂ２の軸線Ｌ４上に点Ａを位置させるように形成されている。

連結本体部６６ｃは、ナット接続部６６ａと砥石台接続部６６ｂとを連結する部位である。連結本体部６６ｃは、同一の断面形状にて、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向（Ｘ軸方向）に沿って延びるように形成されている。連結本体部６６ｃは、本実施形態において断面矩形状に形成されている。すなわち、連結本体部６６ｃは、直方体状に形成されている。連結本体部６６ｃのＸ軸方向に垂直な断面形状および断面積は、連結本体部６６ｃの剛性が十分に高くなる大きさに設定されている。連結部材６６の剛性は、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２がＸ軸ねじ軸４１ｃ１上を移動して、連結部材６６を介して砥石台６０が移動したときに、連結部材６６に作用する外力によるＸ軸方向の変形量が、使用者が所望する加工精度に影響を及ぼさない程度の変形量となるように設定されている。

また、連結部材６６は、図２に示すように、砥石台接続部６６ｂ以外の部位において、砥石台本体６１との間に隙間Ｇを有している。砥石台接続部６６ｂは、連結部材６６においてナット接続部６６ａおよび連結本体部６６ｃより、上方に突出する部位を有している。これにより、ナット接続部６６ａおよび連結本体部６６ｃと砥石台本体６１の底面との間に隙間Ｇが形成される。

また、連結部材６６を形成する材料は、砥石台本体６１を形成する材料（例えばＦＣ２００等の鋳鉄）より、熱膨張係数が小さい材料である。連結部材６６を形成する材料は、本実施形態においては、インバー（不変鋼）である。インバーは、常温付近で熱膨張率が比較的小さい合金であり、スーパーインバー、ステンレスインバー、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｄ合金、３６％ニッケル鋼などが知られている。ちなみに、３６％ニッケル鋼の線膨張係数は、１．４×１０^−６／℃である。

温度センサ６７は、連結部材６６の温度を検出するものである。温度センサ６７は、連結本体部６６ｃの右側面中央部に配設されている。温度センサ６７の検出温度は、制御装置５０に送信される。

（３．制御装置５０の詳細）
制御装置５０は、熱変位量推定部５１および移動量補正部５２を備えている。
熱変位量推定部５１は、温度センサ６７の検出結果に基づいて、連結部材６６におけるＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位量ΔＬを推定するものである。熱変位量推定部５１は、具体的には、以下の式１に示す計算式に基づいて、熱変位量ΔＬを推定（算出）する。後述するように、連結部材６６は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向（Ｘ軸方向）に沿った方向に熱変形するため、熱変位量ΔＬは、線膨張係数を用いて表すことができる。

（数１）
ΔＬ＝α×Ｌ×ΔＴ
αは、連結部材６６を形成する材料の線膨張係数である。Ｌは、連結部材６６が所定温度（例えば２０℃）であるときにおける連結部材６６のＸ軸方向の長さである。連結部材６６の長さは、砥石台接続部６６ｂの貫通穴６６ｂ２の軸線Ｌ４と、ナット接続部６６ａの貫通穴６６ａ２の軸線Ｌ３とのＸ軸方向の距離である。ΔＴは、温度センサ６７の検出温度と所定温度との差である。

移動量補正部５２は、工作物Ｗの研削を行っているときにおける砥石台６０のＸ軸方向（Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向）の移動量に対して、砥石台本体６１が上述した熱変形をすることにより生じる砥石台本体６１のＸ軸方向の熱変位量を補正量として補正する熱変位補正制御を行うものである。この補正量は、熱変位量を推定するための基準位置と、砥石車４３を同軸に取り付けられている回転軸部材６２の軸線Ｌ２との間におけるＸ軸方向長さの変化量に相当する。熱変位量を推定するための基準位置は、砥石台６０のＸ軸方向の移動量がＸ軸ナット部材４１ｃ２の移動量によって調整されるため、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２との接続位置となる。この接続位置は、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とが連結部材６６を介して接続されているため、連結部材６６のナット接続部６６ａの貫通穴６６ａ２の軸線Ｌ３に相当する。

一方、Ｘ軸方向における回転軸部材６２の軸線Ｌ２の位置は、点Ａを含む砥石台接続部６６ｂの貫通穴６６ｂ２の軸線Ｌ４に相当する。よって、補正量は、ナット接続部６６ａの貫通穴６６ａ２の軸線Ｌ３と、砥石台接続部６６ｂの貫通穴６６ｂ２の軸線Ｌ４との間におけるＸ軸方向長さの変化量となる。また、このＸ軸方向長さの変化量は、上述した熱変位量推定部５１によって推定される連結部材６６におけるＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位量ΔＬと同一となる。したがって、移動量補正部５２は、砥石台６０のＸ軸方向の移動量（Ｘ軸ナット部材４１ｃ２の移動量）に対して、熱変位量ΔＬを補正量として補正する。すなわち、移動量補正部５２は、熱変位量推定部５１の推定結果から、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２の移動量を補正するものである。

（４．動作）
次に、上述した制御装置５０が熱変位補正制御を行う場合における研削盤１の動作について説明する。制御装置５０は、工作物Ｗの外周面の研削を行う場合、熱変位補正制御を行う。

工作物Ｗの研削の開始時点からポンプ６５ａ１が起動されて、軸受６３にタンク６４に貯留されている油が供給される。上述したように、軸受６３にて油の温度が上昇し、タンク６４に貯留している油の温度が上昇することにより、砥石台本体６１に温度勾配が生じるため、砥石台本体６１に熱変形が生じる。

一方、タンク６４に貯留されている熱は、連結部材６６に、砥石台６０と接触している砥石台接続部６６ｂから連結本体部６６ｃ、ナット接続部６６ａの順に伝達する。連結部材６６の連結本体部６６ｃが、砥石台６０との間に隙間Ｇを有しているとともに、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って延びるように形成されているため、熱は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って伝達する。よって、連結部材６６に温度勾配が生じる場合においても、連結部材６６の温度勾配は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って生じるため、連結部材６６の熱変位の方向は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向となる。したがって、上述した式１によって連結部材６６の熱変位量ΔＬを推定することができる。

制御装置５０は、所定時間（例えば１秒）毎に、温度センサ６７の検出温度を取得し、その温度センサ６７の検出温度から式１に基づいて、連結部材６６の熱変位量ΔＬを推定する（熱変位量推定部５１）。そして、制御装置５０は、所定時間（例えば１秒）毎に、上述したように、連結部材６６の熱変位量ΔＬを補正量として、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２の移動量の補正を行う（移動量補正部５２）。このように、制御装置５０は、砥石台本体６１の熱変位量に関わらず、連結部材６６の熱変位量ΔＬを補正量として、熱変位補正を行う。

（５．まとめ）
本第一実施形態によれば、研削盤１は、砥石車４３を保持し、回転駆動される回転軸部材６２と、回転軸部材６２を軸受６３により回転可能に支持する砥石台本体６１と、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１およびＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って移動可能なＸ軸ナット部材４１ｃ２を有するＸ軸ボールねじ４１ｃと、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とが重なる位置にて、砥石台本体６１とＸ軸ナット部材４１ｃ２とを連結する連結部材６６と、を備えた研削盤１であって、連結部材６６における砥石台本体６１に接続する砥石台接続部６６ｂと、連結部材６６におけるＸ軸ナット部材４１ｃ２に接続するナット接続部６６ａとは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に異なる位置に位置し、砥石台接続部６６ｂは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１上における回転軸部材６２の軸線Ｌ２の位置と、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向と垂直な方向において重なるように配設され、連結部材６６は、熱変位の方向をＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向とするように形成されている。
これによれば、熱変位を推定する基準となるＸ軸ナット部材４１ｃ２と、砥石台本体６１とを連結する連結部材６６は、砥石台接続部６６ｂとナット接続部６６ａとをＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に異なる位置に位置されるとともに、砥石台接続部６６ｂを、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１上における回転軸部材６２の軸線Ｌ２の位置と、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向と垂直な方向において重なるように配設された状態にて、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向に熱変位する。これにより、砥石台６０の移動方向、すなわち、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向における砥石台６０の熱変位の推定を、連結部材６６の熱変位を推定することによって行うことができる。また、連結部材６６は、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向に熱変位するため、熱変位の推定が比較的容易である。よって、砥石台本体６１の温度分布が複雑となる場合においても、砥石台本体６１の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる。
また、連結部材６６を有さない既存の砥石台６０において、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２と回転軸部材６２とがＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に異なる位置に位置する場合、連結部材６６を追加することにより、上述したように、砥石台本体６１の熱変位の推定を比較的容易にすることができる。

また、連結部材６６は、ナット接続部６６ａと砥石台接続部６６ｂとを連結する連結本体部６６ｃをさらに備え、連結本体部６６ｃは、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って延びるように形成されている。
これによれば、連結部材６６の熱変位の方向を、より確実に、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向にすることができる。

また、連結本体部６６ｃは、直方体状に形成されている。
これによれば、連結本体部６６ｃを比較的簡便に形成することができる。

また、連結部材６６は、砥石台接続部６６ｂ以外の部位において、砥石台本体６１との間に隙間Ｇを有している。
これによれば、連結部材６６における砥石台本体６１と隙間Ｇを有する部位が断熱されるため、連結部材６６に伝達する熱の方向を、確実に、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向にすることができる。よって、連結部材６６の熱変位の方向を、さらに確実に、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿った方向にすることができる。

連結部材６６を形成する材料は、砥石台本体６１を形成する材料より、熱膨張係数が小さい材料である。
これによれば、砥石台本体６１の熱変位量より連結部材６６の熱変位量ΔＬを小さくすることができる。よって、砥石台本体６１の熱変位の推定をさらに容易に行うことができる。

また、連結部材６６を形成する材料は、インバーである。
インバーの線膨張係数が比較的小さいため、連結部材６６の熱変位量ΔＬを、確実に小さくすることができる。

また、研削盤１は、連結部材６６の温度を検出する温度センサ６７と、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２の移動量を調整することにより、砥石台本体６１の移動量を調整する制御装置と、をさらに備え、制御装置は、温度センサ６７の検出結果に基づいて、連結部材６６におけるＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位量ΔＬを推定する熱変位量推定部５１と、熱変位量推定部５１の推定結果からＸ軸ナット部材４１ｃ２の移動量を補正する移動量補正部５２と、を備えている。
これによれば、上述したように、連結部材６６のＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位量ΔＬの推定が比較的容易であるため、砥石台本体６１のＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位量を推定する場合に比べて、Ｘ軸ナット部材４１ｃ２の移動量の補正を精度よく行うことができる。また、連結部材６６の熱変位量ΔＬの推定が比較的容易であるため、連結部材６６の温度を検出する温度センサ６７の個数を低減することができる。

また、軸受６３は、静圧軸受であり、研削盤１は、砥石台本体６１に配設され、軸受６３に供給される油を貯留するタンク６４と、タンク６４と軸受６３との間にて油を循環させる循環路６５と、をさらに備えている。
これによれば、軸受６３によって温度上昇する油を貯留するタンク６４が砥石台本体６１に形成され、このタンク６４が熱源となることにより、砥石台本体６１の温度分布が複雑となる場合においても、砥石台本体６１の熱変位の推定を比較的容易に行うことができる。

また、工具は、砥石車４３である。
これによれば、工具が砥石車４３である場合、Ｘ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向が砥石車４３の工作物Ｗに対する切込み方向となる。よって、砥石台本体６１のＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向の熱変位の推定が比較的容易となることにより、研削の加工精度を向上することができる。

＜第二実施形態＞
（６．工作機械の概要）
本発明の工作機械の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分について、図面を参照して説明する。なお、本第二実施形態における工作機械は、図４に示す横型マシニングセンタ２である。横型マシニングセンタ２は、駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）および鉛直方向の回転軸（Ｂ軸）を有する工作機械である。以下、図４において、Ｚ軸方向における図４の左側を前方、同じく後側を後方とし、Ｙ軸方向における図４の上側を上方、同じく下側を下方とし、Ｘ軸方向における図４の紙面奥側を右方、同じく紙面手前側を左方として説明する。

図４に示すように、横型マシニングセンタ２は、ベッド１１０、コラム１２０、サドル１３０（本発明の支持台に相当）、主軸１４０、スライドテーブル１５０、回転テーブル１７０および制御装置１８０を備えている。
ベッド１１０は、設置面（床）上に配置される。ベッド１１０の上面には、コラム１２０がＸ軸方向に直動可能に設けられる。コラム１２０は、Ｘ軸モータ１２１によりＸ軸ボールねじ（図示せず）を介して駆動される。コラム１２０の側面には、サドル１３０がＹ軸方向に直動可能に設けられる。

サドル１３０は、一対のＹ軸モータ１３１ａ、１３１ｂにより一対のＹ軸ボールねじ１３２ａ，１３２ｂ（図５および図６参照）を介して駆動される。サドル１３０およびＹ軸ボールねじ１３２ａ，１３２ｂの詳細は後述する。サドル１３０には、主軸１４０が回転可能に設けられる。主軸１４０は、主軸モータ１４１により駆動される。主軸１４０の先端には、回転工具１４２が着脱可能に固定される。主軸１４０と回転工具１４２とは、Ｚ軸方向に沿った回転軸線Ｌ１２が一致するよう固定される。回転工具１４２は、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップ等である。

また、ベッド１１０の上面には、スライドテーブル１５０がＺ軸方向に直動可能に設けられる。スライドテーブル１５０は、Ｚ軸モータ１５１によりＺ軸ボールねじ（図示せず）を介して駆動される。スライドテーブル１５０の上面には、回転テーブル１７０がＢ軸回転（Ｙ軸回りの回転）を可能に設けられる。回転テーブル１７０の上面には、工作物Ｗが固定される。回転テーブル１７０は、Ｂ軸モータ１７１により駆動される。

制御装置１８０は、指令値に従って、主軸モータ１４１を制御して回転工具１４２を回転させ、かつ、各軸モータ１２１，１３１，１５１，１７１を制御して、工作物Ｗと回転工具１４２とを相対移動させることにより、工作物Ｗの加工を行なう。

（７．サドル１３０およびＹ軸ボールねじ１３２，１３３の詳細）
Ｙ軸ボールねじ１３２ａ，１３２ｂ（本発明のボールねじに相当）は、図５および図６に示すように、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１，１３２ｂ１（本発明のねじ軸に相当）およびＹ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２（本発明のナット部材に相当）を備えている。
Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１，１３２ｂ１は、サドル１３０をＹ軸方向に駆動するために、Ｙ軸方向に沿って延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。
Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２は、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１，１３２ｂ１が回転することにより、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１，１３２ｂ１の軸線方向Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂ（Ｙ軸方向）に沿って移動可能なものである。Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２それぞれとサドル１３０とが連結部材１６６ａ，１６６ｂを介して連結されている。

連結部材１６６ａ，１６６ｂは、サドル１３０とＹ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２とを連結するものである。サドル１３０とＹ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２とは、左右両側方において、Ｙ軸方向と垂直な方向（本実施形態においては前後方向）に重なる位置にて、連結部材１６６ａ，１６６ｂによって連結されている。連結部材１６６ａ，１６６ｂは、下端部にて前方に向けて突出する部位を有する側面視Ｌ字状に形成されている。連結部材１６６ａ，１６６ｂは、ナット接続部１６６ａ１，１６６ｂ１、サドル接続部１６６ａ２，１６６ｂ２（本発明の支持台接続部に相当）および連結本体部１６６ａ３，１６６ｂ３を備えている。サドル接続部１６６ａ２，１６６ｂ２は、上述した第一実施形態における砥石台接続部６６ｂに相当する。以下、連結部材１６６ａ，１６６ｂについては、構成が同じであるため、連結部材１６６ａについてのみ説明する。

ナット接続部１６６ａ１は、連結部材１６６ａにおけるＹ軸ナット部材１３２ａ２と接続する部位である。
サドル接続部１６６ａ２は、連結部材１６６ａにおけるサドル１３０と接続する部位である。サドル接続部１６６ａ２は、具体的には、サドル１３０の後側面にて接続する。サドル接続部１６６ａ２とナット接続部１６６ａ１とは、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１の軸線Ｌ１１ａ方向に異なる位置に位置している。サドル接続部１６６ａ２は、具体的には、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１の軸線Ｌ１１ａ上における回転軸線Ｌ１２の位置（図６における点Ｂに相当）と、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１の軸線Ｌ１１ａ方向と垂直な方向（本実施形態においては前後方向）において重なるように配設されている。

連結本体部１６６ａ３は、ナット接続部１６６ａ１とサドル接続部１６６ａ２とを連結する部位である。連結本体部１６６ａ３は、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１の軸線Ｌ１１ａ方向に沿って延びるように形成されている。連結本体部１６６ａ３の断面形状や剛性については、上述した第一実施形態の連結部材と同様に形成されている。また、連結部材１６６ａは、サドル１３０との間に隙間Ｇを有するように形成さされている。また、本第二実施形態においては、連結部材１６６ａ，１６６ｂの熱変位の方向は、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１の軸線Ｌ１１ａ方向に沿った方向となる。
さらに、連結部材１６６ａ，１６６ｂには、連結部材１６６ａ，１６６ｂの温度を検出する温度センサ１６７ａ，１６７ｂが配設されている。

制御装置１８０は、所定時間（例えば１秒）毎に、温度センサ１６７ａ，１６７ｂの検出温度を取得し、その検出温度から上述した第一実施形態と同様に、連結部材１６６ａ，１６６ｂそれぞれの熱変位量ΔＬを推定する。そして、制御装置１８０は、所定時間（例えば１秒）毎に、連結部材１６６ａ，１６６ｂの熱変位量ΔＬを補正量として、Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２の移動量の補正を行う。

（８．まとめ）
横型マシニングセンタ２においては、サドル１３０が繰り返しＹ軸方向に移動するため、Ｙ軸ねじ軸１３２ａ１，１３２ｂ１との摩擦によって、Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２の温度が上昇する。これにより、Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２とサドル１３０とが連結部材１６６ａ，１６６ｂを介さずに直接接続されている場合、サドル１３０にこの熱が伝達して、サドル１３０に温度分布が生じる。この温度分布が複雑となるときには、サドル１３０の熱変位の推定精度が低下する。これに対して、上述したように、Ｙ軸ナット部材１３２ａ２，１３２ｂ２とサドル１３０とを連結部材１６６ａ，１６６ｂにて連結した場合、連結部材１６６ａ，１６６ｂがＹ軸方向に沿って熱変位するため、サドル１３０のＹ軸方向の熱変位の推定を精度良く行なうことができる。

（９．変形例）
なお、上述した各実施形態において、工作機械の一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば上述した第一実施形態において、連結部材６６と砥石台本体６１との間に隙間Ｇが形成されているが、これに代えて、図７に示すように、連結部材２６６と砥石台本体６１との間に隙間Ｇを形成しないようにしても良い。この場合、連結部材２６６は、全体としてＸ軸ねじ軸４１ｃ１の軸線Ｌ１方向に沿って延びる直方体状に形成されている。なお、第二実施形態における連結部材１６６ａ，１６６ｂについてもサドル１３０との隙間Ｇを形成しないように形成しても良い。

また、上述した各実施形態において、連結部材６６，１６６ａ，１６６ｂの材料は、インバーであるが、これに代えて、例えばＣＦＲＰ等の炭素繊維強化プラスチックなどの低線膨張率かつ高剛性の材料にしても良い。さらに、連結部材６６，１６６ａ，１６６ｂの材料は、砥石台本体６１（サドル１３０）より熱膨張係数の小さい材料に限定されず、砥石台本体６１と同材料や、砥石台本体６１より熱膨張係数の大きい材料を選定しても良い。
また、上述した各実施形態において、制御装置５０，１８０は、連結部材６６，１６６ａ，１６６ｂの熱変位量ΔＬに基づいて、ナット部材４１ｃ２，１３２ａ２，１３２ｂ２の移動量を補正しているが、連結部材６６，１６６ａ，１６６ｂの材料を上述した低線膨張率かつ高剛性の材料を選定することにより、使用者の所望する加工精度に対して熱変位量ΔＬが十分小さい場合には、ナット部材４１ｃ２，１３２ａ２，１３２ｂ２の移動量の補正を行わないようにしても良い。

また、上述した実施形態においては、研削盤１および横型マシニングセンタ２を工作機械の例として挙げて説明しているが、これに代えて、工作機械を旋盤としても良い。
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、連結部材６６，１６６ａ，１６６ｂの形状、温度センサ６７，１６７ａ，１６７ｂの配設位置や個数等を変更しても良い。

１…研削盤（工作機械）、２…横型マシニングセンタ（工作機械）、４０…砥石支持装置、４１ｃ…Ｘ軸ボールねじ（ボールねじ）、４１ｃ１…Ｘ軸ねじ軸（ねじ軸）、４１ｃ２…Ｘ軸ナット部材（ナット部材）、４２…砥石台、４３…砥石車（工具）、５０…制御装置、５１…熱変位量推定部、５２…移動量補正部、６１…砥石台本体（支持台）、６２…回転軸部材、６３…軸受、６４…タンク、６６…連結部材、６６ａ…ナット接続部、６６ｂ…砥石台接続部（支持台接続部）、６６ｃ…連結本体部、６７…温度センサ、Ｇ…隙間。

Claims (9)

1. 工具を保持し、回転駆動される回転軸部材と、
   前記回転軸部材を軸受により回転可能に支持する支持台と、
   ねじ軸および前記ねじ軸の軸線方向に沿って移動可能なナット部材を有するボールねじと、
   前記支持台と前記ナット部材とが重なる位置にて、前記支持台と前記ナット部材とを連結する連結部材と、を備えた工作機械であって、
   前記連結部材における前記支持台に接続する支持台接続部と、前記連結部材における前記ナット部材に接続するナット接続部とは、前記ねじ軸の軸線方向に異なる位置に位置し、
   前記支持台接続部は、前記ねじ軸の軸線上における前記回転軸部材の軸線の位置と、前記ねじ軸の軸線方向と垂直な方向において重なるように配設され、
   前記連結部材は、熱変位の方向を前記ねじ軸の軸線方向に沿った方向とするように形成されている工作機械。
2. 前記連結部材は、前記ナット接続部と前記支持台接続部とを連結する連結本体部をさらに備え、
   前記連結本体部は、前記ねじ軸の軸線方向に沿って延びるように形成されている請求項１の工作機械。
3. 前記連結本体部は、直方体状に形成されている請求項２の工作機械。
4. 前記連結部材は、前記支持台接続部以外の部位において、前記支持台との間に隙間を有している請求項１〜請求項３の何れか一項の工作機械。
5. 前記連結部材を形成する材料は、前記支持台を形成する材料より、熱膨張係数が小さい材料である請求項１〜請求項４の何れか一項の工作機械。
6. 前記連結部材を形成する材料は、インバーである請求項５の工作機械。
7. 前記工作機械は、
   前記連結部材の温度を検出する温度センサと、
   前記ナット部材の移動量を調整することにより、前記支持台の移動量を調整する制御装置と、をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記温度センサの検出結果に基づいて、前記連結部材における前記ねじ軸の軸線方向の熱変位量を推定する熱変位量推定部と、
   前記熱変位量推定部の推定結果から前記ナット部材の移動量を補正する移動量補正部と、を備えている請求項１〜請求項６の何れか一項の工作機械。
8. 前記軸受は、静圧軸受であり、
   前記工作機械は、
   前記支持台に配設され、前記軸受に供給される液体を貯留するタンクと、
   前記タンクと前記軸受との間にて前記液体を循環させる循環路と、をさらに備えている請求項１〜請求項７の何れか一項の工作機械。
9. 前記工具は、砥石車である請求項１〜請求項８の何れか一項の工作機械。

Images