JPH10249661A

JPH10249661A - 工作機械

Info

Publication number: JPH10249661A
Application number: JP5647597A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Takeuchi; 勝彦竹内; Kozo Imanishi; 耕造今西
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ガイド機構３，５に対してスライド部材６の
熱変位に起因した押圧力が加わらないようにして、前記
ガイド機構３，５の寿命を向上させる。【解決手段】本発明に係る工作機械１は、ガイド機構
３，５によりスライド部材６を両側から支持した状態
で、そのスライド部材６をスライド方向（Ｘ軸方向）に
移動させる工作機械１において、スライド部材６には、
その端面６ｕ，６ｄの熱変位に起因した押圧力がガイド
機構３，５に加わらないように、その熱変位分を吸収す
る熱変位吸収機構１０が設けられていることを特徴とす
る。このため、スライド部材６の端面６ｕ，６ｄが熱変
位しても、熱変位吸収機構１０の働きにより、ガイド機
構３，５にはそのスライド部材６の熱変位に起因した押
圧力が加わらない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガイド機構により
スライド部材を両側から支持した状態で、そのスライド
部材をスライド方向に移動させる工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械において、例えば、スライド部
材であるサドル等をコラム等の固定物に対して水平に移
動させる場合には、コラムの上面にリニアガイド等を設
けそのリニアガイドにより前記サドルの下面を支持する
方法が一般的である。しかしながら、前記サドルの下面
のみを支持する方法では、そのサドルを高速で移動させ
る場合や移動加速度が大きい場合にガタや振動が発生
し、スムーズな移動が困難となる。この問題を解決する
ため、前記サドルを一対のリニアガイドにより上下方向
両側から支持して水平方向に案内する技術が特開平６−
１６９５６１号公報に記載されている。この構造によ
り、前記サドルをコラムに対して高速、高加速度で移動
させてもそのサドルの浮き上がり等を防止でき、ガタや
振動等の発生が抑制される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記サ
ドルを支持する上下のリニアガイドの距離は、そのサド
ルが移動するときのガタや振動等の発生を抑制するた
め、必要最小限の値に設定されている。このため、前記
サドルが摩擦熱やモータ等の発熱により熱膨張すると、
前記サドルの上面及び下面がそれぞれ上方、下方に熱変
位して上下のリニアガイドを押圧する。したがって、こ
の状態で前記サドルの移動が繰り返し行われると、前記
リニアガイドには常に無理な力が加わり、リニアガイド
の寿命が低下するという問題が生じる。また、前記リニ
アガイドを支持するコラムの強度もサドルの熱変位に起
因した押圧力を考慮して高く保持する必要がある。

【０００４】そこで、請求項１に記載の発明は、サドル
の端面の熱変位を吸収できるような機構を設けることに
より、リニアガイドに対しサドルの熱変位に起因した押
圧力が加わらないようにして、リニアガイドの寿命の向
上を図ることを目的とするものである。また、請求項２
に記載の発明は、請求項１の発明の目的に加え、簡易な
構造で信頼性の高い熱変位吸収機構を作成することをそ
の目的とするものである。また、請求項３、請求項４、
請求項５に記載の発明は、請求項１の発明の目的に加
え、コラムやサドル等を軽量化させることをその目的と
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有する工作機械によって解決される。即ち、請求
項１に記載の工作機械は、ガイド機構によりスライド部
材を両側から支持した状態で、そのスライド部材をスラ
イド方向に移動させる工作機械において、前記スライド
部材には、その端面の熱変位に起因した押圧力がガイド
機構に加わらないように、その熱変位分を吸収する熱変
位吸収機構が設けられていることを特徴とする。

【０００６】請求項１に記載の発明によると、スライド
部材の端面が熱変位しても、熱変位吸収機構の働きによ
り、ガイド機構にはそのスライド部材の熱変位に起因し
た押圧力が加わることがない。このため、ガイド機構の
寿命が向上するとともにガイド機構を支持する部材の強
度も前記押圧力が加わらない分だけ低く設計できる。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載された工作機械において、前記熱変位吸収機構
は、複数の回転体を介在させた状態で嵌合する第１の部
材と第２の部材とを有しており、両部材は前記スライド
部材の端面の熱変位を吸収する方向にのみ相対移動が可
能であり、第１の部材はガイド機構に、第２の部材はス
ライド部材に連結されていることを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明によると、熱変位吸
収機構の第１の部材と第２の部材とは複数の回転体を介
在させた状態で嵌合しているため、クリアランスを極力
小さく設定しても両部材の摺動抵抗を小さくすることが
できる。即ち、クリアランスを十分小さくできるため、
熱変位吸収機構のガタを防止できる。また、ガイド機構
に連結された第１の部材とスライド部材に連結された第
２の部材とは、そのスライド部材の端面の熱変位を吸収
する方向に相対移動が可能なため、前記スライド部材の
熱変位に起因した押圧力がガイド機構に加わることがな
い。さらに、第１の部材と第２の部材とは前記熱変位を
吸収する方向以外には相対移動が不能であるため、スラ
イド部材をスライド方向に移動させる際にそのスライド
部材とガイド機構とを確実に連結することができる。こ
のように、簡易な構造で熱変位吸収機構を製作できるた
め、熱変位吸収機構の信頼性が向上するとともに、製作
コストも低減できる。

【０００９】また、請求項３に記載の工作機械は、略門
型形状のフレームと、同じく略門型形状に成形されてお
り、前記フレームの内部で第１のガイド機構によって両
側から支持されている第１のスライド部材と、前記第１
のスライド部材の内部で、その第１のスライド部材の移
動方向と交差する方向に移動できるように、第２のガイ
ド機構によって両側から支持されている第２のスライド
部材とを有しており、前記第１のスライド部材及び／又
は第２のスライド部材には、それらの端面の熱変位に起
因した押圧力が各々のガイド機構に加わらないように、
その熱変位分を吸収する熱変位吸収機構が設けられてい
ることを特徴とする。

【００１０】請求項３に記載の発明によると、フレーム
の内部を第１のスライド部材が移動し、第１のスライド
部材の内部を第２のスライド部材が移動する構造であ
り、前記フレーム及び第１のスライド部材は略門型形状
に成形されている。このため、強度が向上し、強度が向
上する分だけ板厚等を少なくできる。また、前記フレー
ムに支持されている第１のガイド機構には熱変位吸収機
構の働きにより第１のスライド部材の端面の熱変位に起
因した押圧力が加わらないため、そのフレームの強度計
算において前記押圧力を考慮する必要がなくなる。同様
に、前記第１のスライド部材に支持されている第２のガ
イド機構には熱変位吸収機構の働きにより第２のスライ
ド部材の端面の熱変位に起因した押圧力が加わらないた
め、その第１のスライド部材の強度計算において前記押
圧力を考慮する必要がなくなる。このため、工作機械の
軽量化を図ることができる。

【００１１】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載された工作機械において、第１のスライド部材
は、第１のガイド機構によって上下方向から支持される
ことにより水平方向に移動可能であり、前記熱変位吸収
機構はその第１のスライド部材の上端部に設けられてい
ることを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の発明によると、熱変位吸
収機構は第１のスライド部材の上端部に設けられている
ため、その熱変位吸収機構に対してその第１のスライド
部材の重量が加わることがない。このため、熱変位吸収
機構はスライド部材がスライド方向に移動する際に、そ
のスライド部材とガイド機構とを連結できる強度があれ
ばよくなり、熱変位吸収機構を小型軽量化できる。

【００１３】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載された工作機械において、前記第１のガイド機構
は、第１のスライド部材の下端を支持するために平行に
設けられた複数のリニアガイドと、前記熱変位吸収機構
を介して第１のスライド部材の上端をガイドする単一の
リニアガイドとを有することを特徴とする。

【００１４】請求項５に記載の発明によると、第１のス
ライド部材の重量が加わる下側のリニアガイドが複数設
けられているため、一本当たりのリニアガイドに加わる
重量が小さくなり、上側に設けられたリニアガイドに加
わる押圧力とある程度バランスをとることができる。こ
のため、特定のリニアガイドのみが劣化するような不都
合が生じ難くなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５に基づいて本発
明の一の実施の形態に係る工作機械の説明を行う。ここ
で、図１は本実施の形態に係る工作機械の要部縦断面図
（図２のI-I矢視図）であり、図２は前記工作機械の正
面図である。なお、前記工作機械の幅方向をＸ軸方向、
高さ方向をＹ軸方向、主軸の送り方向をＺ軸方向として
以下の説明を行う。

【００１６】図２に示されるように、工作機械１はベッ
ド２を備えている。前記ベッド２の上面２ｕには前側に
加工テーブル（図示省略）が設けられており、その加工
テーブルの後方に前面が開放された門型のコラム４が載
置されている。さらに、前記コラム４が載置されている
ベッド２の上面２ｕには、図１に示されるように、一定
間隔をおいて一対の下部リニアガイド３がＸ軸方向に設
けられている。前記下部リニアガイド３は、前記ベッド
２の上面２ｕに固定されたレール３ｒと、そのレール３
ｒ上を摺動する摺動子３ｓから構成されており、その摺
動子３ｓが同じく前面が開放された門型のサドル６の下
面６ｄに固定されている。

【００１７】また、前記コラム４の天井部４ｔには前面
側に段差４ｄが形成されており、その段差４ｄに上部リ
ニアガイド５のレール５ｒがＸ軸方向に固定されてい
る。そして、その上部リニアガイド５の摺動子５ｓがサ
ドル６の上面６ｕに装着された熱変位吸収機構１０に固
定されている。ここで、前記熱変位吸収機構１０は、後
記するように、Ｙ軸方向の外力は吸収するが、Ｘ軸、Ｚ
軸方向の外力に対しては剛体に近い状態に保持される。
このため、前記サドル６がレール３ｒ，５ｒに倣ってＸ
軸方向に動かされるときは、上部リニアガイド５の摺動
子５ｓは熱変位吸収機構１０によってそのサドル６と相
対移動不能に保持される。即ち、前記サドル６は下部リ
ニアガイド３及び上部リニアガイド５によって上下方向
から支持された状態でＸ軸方向に移動できるようにな
る。したがって、前記コラム４が本発明のフレームに相
当し、前記サドル６が本発明の第１のスライド部材に相
当する。また、下部リニアガイド３及び上部リニアガイ
ド５が本発明の第１のガイド機構に相当する。

【００１８】また、前記サドル６の下面６ｄと前記ベッ
ド２との間にはそのサドル６をＸ軸方向に移動させるた
めの下部リニアモータ２３が設置されており、前記サド
ル６の上面６ｕと前記コラム４の天井部４ｔとの間には
同じく上部リニアモータ２５が設置されている。さら
に、前記サドル６の内部には、図２に示されるように、
左右の側壁面にそれぞれリニアガイド６ｙがＹ軸方向に
設けられており、前記リニアガイド６ｙのそれぞれの摺
動子（図示されていない）が主軸ヘッド７の側面に固定
されている。この構造により、前記主軸ヘッド７はリニ
アガイド６ｙによって幅方向両側から支持された状態で
サドル６の内部をＹ軸方向（上下方向）に移動できるよ
うになる。なお、前記主軸ヘッド７とサドル６の側壁面
との間には、その主軸ヘッド７をＹ軸方向に移動させる
ためのリニアモータ（図示されていない）が設置されて
いる。即ち、前記主軸ヘッド７が本発明の第２のスライ
ド部材に相当し、前記リニアガイド６ｙが第２のガイド
機構に相当する。

【００１９】また、前記主軸ヘッド６にはその主軸ヘッ
ド６に対してＺ軸方向に移動できる主軸保持ラム８が取
付けられており、その主軸保持ラム８の中心に主軸９が
回転可能な状態で装着されている。上記した構造によ
り、前記主軸９はサドル６、主軸ヘッド７、主軸保持ラ
ム８が動かされることにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に
移動可能となる。

【００２０】前記サドル６の上面６ｕに装着されている
熱変位吸収機構１０は、前記サドル６が熱膨張する際の
上面６ｕの熱変位を吸収し、その熱変位に起因した押圧
力が前記上部リニアガイド５、下部リニヤガイド３に加
わらないようにする機構であり、そのサドル６のＸ軸方
向両側にそれぞれ一台づつ設けられている（図２参
照）。前記熱変位吸収機構１０は、図１（Ｂ）に示され
るように、軸方向に相対移動可能なシリンダ部１２とピ
ストン部１４及び両者１２，１４の間に配置されるスト
ロークボール１６とから構成されている。

【００２１】前記ピストン部１４は、サドル６の上面６
ｕに取付けられるフランジ１４ｆと前記シリンダ部１２
に収納される軸体１４ｓとから構成されており、その軸
体１４ｓの下部にストロークボール１６を支持するリン
グ状の段差１６ｄが形成されている。前記シリンダ部１
２はその外側面が、前述のように、上部リニアガイド５
の摺動子５ｓを固定できる構造であり、その内側には前
記ピストン部１４の軸体１４ｓとストロークボール１６
とを同軸に収納するボア面１２ｂが形成されている。

【００２２】前記ストロークボール１６は、シリンダ部
１２のボア面１２ｄとピストン部１４の軸体１４ｓとの
間に位置決めされて両者１２，１４が軸方向に摺動する
際の摺動抵抗を小さくするとともにガタを抑制する部材
であり、複数のボール１６ｂと、それらのボール１６ｂ
を前記軸体１４ｓの周囲に均等に配置するための筒状の
保持具１６ｈとから構成されている。なお、前記ボール
１６ｂは保持具１６ｈに対して回転自在に保持されてお
り、そのボール１６ｂの径は軸体１４ｓとボア面１２ｂ
との隙間の寸法にほぼ等しく設定されている。

【００２３】前記熱変位吸収機構１０はピストン部１４
のフランジ１４ｆがサドル６の上面６ｕに固定されるこ
とにより、その軸心がＹ軸と平行になるように位置決め
される。このため、前記サドル６の上面６ｕが上方に熱
変位しても、熱変位吸収機構１０のピストン部１４がシ
リンダ部１２に押し込まれるだけであり、上部リニアガ
イド５にはサドル６の上面６ｕの熱変位に起因した押圧
力が加わることがない。一方、前記熱変位吸収機構１０
のピストン部１４とフランジ１４ｆとは上下方向（Ｙ軸
方向）以外は相対移動不能であるため、前記サドル６が
Ｘ軸方向に移動するときにはそのサドル６と上部リニア
ガイド５の摺動子５ｓとは堅固に連結され、ガタが生じ
ることがない。即ち、前記シリンダ部１２が本発明の第
１の部材、ピストン部１４が本発明の第２の部材に相当
し、ストロークボール１６のボール１６ｂが本発明の回
転体に相当する。

【００２４】このように、本実施の形態に係る工作機械
１によると、サドル６の上面が熱変位しても、熱変位吸
収機構１０の働きにより、上部リニアガイド５等にはサ
ドル６からの押圧力が加わることがない。このため、前
記サドル６がＸ軸方向に移動する際にリニヤガイド３，
５に無理な力が加わることがなくなり、リニアガイド５
等の寿命が向上する。図３は、サドル６に熱変位吸収機
構１０を設けたときのリニアガイド３，５の寿命と、熱
変位吸収機構１０を設けなかったときのリニアガイドの
寿命を比較したものである。熱変位吸収機構１０を設け
ることにより、約三倍程度リニアガイドの寿命が延びる
ことが分かる。

【００２５】また、リニアガイド５等を支持するコラム
４の強度も前記押圧力が加わらない分だけ低下させるこ
とができ、工作機械の軽量化を図ることができる。さら
に、熱変位吸収機構１０のシリンダ部１２とピストン部
１４とはボール１６ｂを介在させた状態で嵌合している
ため、クリアランスを極力小さく設定しても両部材１
２，１４の摺動抵抗を小さくすることができる。即ち、
クリアランスを十分小さくできるため、熱変位吸収機構
１０のガタを防止できる。このように、簡易な構造で熱
変位吸収機構１０を製作できるため、熱変位吸収機構１
０の信頼性が向上するとともに、製作コストも低減でき
る。

【００２６】また、コラム４及びサドル６は略門型形状
に成形されているため、強度が向上し、強度の向上分だ
け板厚等を少なくできる。さらに、熱変位吸収機構１０
はサドル６の上端部に設けられているため、その熱変位
吸収機構１０に対してサドル６の重量が加わることがな
い。このため、熱変位吸収機構１０は上部リニアガイド
５の摺動子５ｓとサドル６との連結を保持できる強度が
あればよくなり、熱変位吸収機構１０を小型軽量化でき
る。また、サドル６の重量が加わる部位に下部リニアガ
イド３が二台平行に設けられているため、一台の下部リ
ニアガイド３に加わる負荷が半分になり、上部リニアガ
イド５に加わる負荷とある程度のバランスをとることが
できる。このため、特定のリニアガイドのみが劣化する
ような不都合が生じ難くなる。

【００２７】なお、本実施の形態に係る工作機械１では
サドル６に熱変位吸収機構１０を設けた例を示したが、
サドル６及び主軸ヘッド７の双方に熱変位吸収機構１０
を設けても良い。また、本実施の形態では熱変位吸収機
構１０をサドル６の幅方向に二台設ける例を示したが、
幅広で箱型の熱変位吸収機構を使用することにより、一
台の熱変位吸収機構でもサドル６と上部リニアガイド５
の摺動子５ｓとを良好に連結することができる。さら
に、図４に示されるように、上部リニアガイド５のレー
ル５ｒをコラム４の天井部４ｔの下面４ｗに取付け、摺
動子５ｓを熱変位吸収機構１０のシリンダ部１２の上面
に取付ける方式も可能である。

【００２８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、この本発明の実施の形態には請求の範囲に記載し
た技術的事項以外に次のような技術的事項を有するもの
であることを付記しておく。（１）請求項５に記載された工作機械において、第１
のスライド部材の上端をガイドする単一のリニアガイド
は、フレームの側面と第１のスライド部材の側面との間
に装着されている。これによって、前記リニアガイドを
フレームの下面と第１のスライド部材の上面との間に装
着する場合よりも工作機械の高さを低くできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によると、スライド部材の端面が
熱変位しても、ガイド機構に対してスライド部材の熱変
位に起因した押圧力が加わることがない。このため、ガ
イド機構の寿命が向上するとともに、ガイド機構を保持
する部材の強度も押圧力が加わらない分だけ低く設計す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態に係る工作機械の要部
縦断面図である。

【図２】本発明の一の実施の形態に係る工作機械の正面
図である。

【図３】本発明の一の実施の形態に係る工作機械のリニ
アガイドの寿命を表すグラフである。

【図４】リニアガイドの他の取付け例を表す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

２ベッド３下部リニアガイド（第１のガイド機構）４コラム（フレーム）５上部リニアガイド（第１のガイド機構）６サドル（第１のスライド部材）６ｕサドルの上面（端面）６ｄサドルの下面（端面）６ｙリニアガイド（第２のガイド機構）７主軸ヘッド（第２のスライド部材）１０熱変位吸収機構１２シリンダ部（第１の部材）１４ピストン部（第２の部材）１６ストロークボール（回転体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガイド機構によりスライド部材を両側か
ら支持した状態で、そのスライド部材をスライド方向に
移動させる工作機械において、前記スライド部材には、その端面の熱変位に起因した押
圧力がガイド機構に加わらないように、その熱変位分を
吸収する熱変位吸収機構が設けられていることを特徴と
する工作機械。
【請求項２】請求項１に記載された工作機械におい
て、前記熱変位吸収機構は、複数の回転体を介在させた状態
で嵌合する第１の部材と第２の部材とを有しており、両
部材は前記スライド部材の端面の熱変位を吸収する方向
にのみ相対移動が可能であり、第１の部材はガイド機構
に、第２の部材はスライド部材に連結されていることを
特徴とする工作機械。
【請求項３】略門型形状のフレームと、同じく略門型形状に成形されており、前記フレームの内
部で第１のガイド機構によって両側から支持されている
第１のスライド部材と、前記第１のスライド部材の内部で、その第１のスライド
部材の移動方向と交差する方向に移動できるように、第
２のガイド機構によって両側から支持されている第２の
スライド部材とを有しており、前記第１のスライド部材及び／又は第２のスライド部材
には、それらの端面の熱変位に起因した押圧力が各々の
ガイド機構に加わらないように、その熱変位分を吸収す
る熱変位吸収機構が設けられていることを特徴とする工
作機械。
【請求項４】請求項３に記載された工作機械におい
て、第１のスライド部材は、第１のガイド機構によって上下
方向から支持されることにより水平方向に移動可能であ
り、前記熱変位吸収機構はその第１のスライド部材の上
端部に設けられていることを特徴とする工作機械。
【請求項５】請求項４に記載された工作機械におい
て、前記第１のガイド機構は、第１のスライド部材の下端を
支持するために平行に設けられた複数のリニアガイド
と、前記熱変位吸収機構を介して第１のスライド部材の
上端をガイドする単一のリニアガイドとを有することを
特徴とする工作機械。