JPH10249666A

JPH10249666A - 工作機械

Info

Publication number: JPH10249666A
Application number: JP9063203A
Authority: JP
Inventors: Wataru Iida; 亘飯田; Katsuhiko Takeuchi; 勝彦竹内; Yoshio Wakazono; 賀生若園; Shigeru Matsunaga; 茂松永
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】リニアモータの送り駆動によるスライド部材
の送り動剛性を高める。【解決手段】リニアモータの送り駆動により直線方向
にスライドするスライド部材（８）を備える工作機械に
おいて、スライド部材（８）をリニアモータの送り駆動
により送られた送り停止位置に機械的な作動によって保
持する機械的保持装置１３を設ける。スライド部材
（８）をリニアモータの送り駆動により送られた送り停
止位置に機械的保持装置１３の機械的な作動によって保
持でき、このためリニアモータの送り駆動によるスライ
ド部材（８）の送り動剛性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械には、リニアモータの送り駆動
により直線方向にスライドするスライド部材を備えるも
のがある（例えば特開平６−１６９５６１号公報、特開
平６−２９７２８６号公報参照）。

【０００３】また、リニアモータの送り駆動により直線
方向にスライドするスライド部材を備える従来例として
図１１に示すものがある。図１１は主軸ヘッドと主軸保
持ラムの関係を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側面図である。図１１において、主軸ヘッド１０１上に
は、スライド部材としての主軸保持ラム１０２が左右の
リニアガイド１０３を介して直線方向（図１１（ｂ）に
おいて左右方向）にスライド可能に設けられている。主
軸ヘッド１０１と主軸保持ラム１０２との間には、主軸
保持ラム１０２をスライド方向に送り駆動するリニアモ
ータ１０４が配置されている。なおリニアモータ１０４
は、周知のように回転形電動機の固定子（１次側）及び
回転子（２次側）を直線状に展開したもので、電気エネ
ルギーを直接直線的な運動エネルギーに変換する電動機
である。

【０００４】主軸保持ラム１０２には、工具例えばフラ
イスカッタ１０５を取り付けた工具主軸１０６が回転可
能に支持されている。なお主軸保持ラム１０２のスライ
ド方向は、工具主軸１０６の軸線方向（Ｚ方向）でもあ
る。また前記リニアガイド１０３は、相互にスライド可
能に係合されたレール１０３ａとブロック１０３ｂとか
らなり、二部材の間に介在することにより一方の部材に
対し他方の部材を直線方向にスライド可能に案内する。
図１１のリニアガイド１０３の場合、レール１０３ａが
主軸保持ラム１０２に取り付けられ、ブロック１０３ｂ
が主軸ヘッド１０１に取り付けられている。

【０００５】また、リニアモータ１０４の送り駆動によ
り直線方向にスライドする複数のスライド部材を備える
他の従来例として図１２に示すものがある。図１２に右
側面図で示される工作機械において、ベッド２０１上に
は、第１のスライド部材としてのテーブル２０２がリニ
アガイド２０３を介してＸ方向（紙面表裏方向）にスラ
イド可能に設けられている。ベッド２０１とテーブル２
０２との間には、テーブル２０２をスライド方向に送り
駆動するリニアモータ２０４が配置されている。なおテ
ーブル２０２にワーク２０５が支持される。

【０００６】また前記ベッド２０１上には、第２のスラ
イド部材としてのコラム２０６がリニアガイド２０７を
介してＺ方向（図示左右方向）にスライド可能に設けら
れている。ベッド２０１とコラム２０６との間には、コ
ラム２０６をスライド方向に送り駆動するリニアモータ
（図示省略）が配置されている。また前記コラム２０６
には、第３のスライド部材としての主軸保持ラム２０８
がリニアガイド（図示省略）を介してＹ方向（図示上下
方向）にスライド可能に設けられている。コラム２０６
と主軸保持ラム２０８との間には、主軸保持ラム２０８
をスライド方向に送り駆動するリニアモータ（図示省
略）が配置されている。主軸保持ラム１０２には、工具
例えばフライスカッタ２０９を取り付けた工具主軸２１
０が回転可能に支持されている。

【０００７】また従来の工作機械においては、通常、ス
ライド部材のストローク範囲以上のスライド動作を規制
するためのストッパ手段（図示省略）が設けられてい
る。これにより、何らかの原因でリニアモータの送り駆
動がコントロール不能となり、スライド部材が送り停止
位置で停止不能となり暴走した場合には、前記ストッパ
手段によりスライド部材のストローク範囲以上のスライ
ド動作を停止させることができる。

【０００８】また従来の工作機械においては、通常、ス
ライド部材が鋳物で製作されることが多い。またスライ
ド部材には、ほぼ平行をなす一対の鉄板と、両鉄板を相
互に溶接によって結合したリム部材とで形成された鉄板
溶接構造の構成材が用いられる場合もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の工作機械の一例
として、図１２に示したリニアモータ２０４の送り駆動
によるテーブル２０２の送り動剛性を測定してみたとこ
ろ、図１３に示される特性線図が得られた。図１３の横
軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸はコンプライアンス（μｍ／
Ｎ）であり、実線がリニアモータの送り駆動（リニアモ
ータ駆動送りともいう。）による測定結果、点線がボー
ルねじを用いる送り駆動（ボールねじ駆動送りともい
う。）による測定結果が示されている。図から明らかな
ように、リニアモータ駆動送りでは、ボールねじ駆動送
りに比べてコンプライアンスが大きく、よって送り動剛
性が低いことがわかった。なおリニアモータは、サーボ
制御によってサーボロックすることにより、スライド部
材を送り停止位置に保持する機能を備えており、前記サ
ーボロックによる力（リニアモータのサーボロック力と
もいう。）によってスライド部材であるテーブル２０２
を送り停止位置に保持した状態で送り動剛性の測定を行
った。

【００１０】また従来の工作機械によると、スライド部
材（図１１における主軸保持ラム１０２、図１２におけ
るテーブル２０２、コラム２０６及び主軸保持ラム２０
８がそれぞれ相当する。）を送り停止位置に保持する保
持力は、リニアモータのサーボロック力だけに頼ってい
る。すなわち従来の工作機械には、スライド部材を送り
停止位置に保持する機械的な作動によって保持する機械
的保持装置が何ら設けられていなかった。

【００１１】ところで、フライス加工の面削りのように
工具主軸１０６，２１０にその軸方向に大きな加工抵抗
が作用する場合、Ｚ方向の送り動剛性が低いと、ワーク
の加工面の加工開始部分と加工終了部分において段差
（加工段差ともいう。）ができてしまう。この点につい
て、図１４のフライス加工によるワークの加工面の説明
図を参照して述べる。図１４中、（ａ）は正面図、
（ｂ）は断面図である。フライスカッタ２０９がＸ方向
すなわち図１４（ａ）における二点鎖線の位置から右方
の一点鎖線の位置を通って実線の位置へ移動し、ワーク
２０５をフライス加工した場合、加工面積の変化に応じ
て加工抵抗が変化する。すなわちワーク２０５の加工面
の加工開始部分である左端部においては、加工面積が増
大していくに伴い加工抵抗が増大していく結果、フライ
スカッタ２０９とともに前記主軸保持ラム２０８が後退
方向に位置ずれをきたし、これにより図１４（ｂ）に示
すようにワーク２０５の加工面に右上がりの加工段差Ａ
ができる。また、ワーク２０５の加工終了部分である右
端部においては、加工面積が減少していくに伴い加工抵
抗が減少していく結果、フライスカッタ２０９とともに
主軸保持ラム２０８がワーク２０５の加工面に対し前進
方向に位置ずれをきたし、これにより図１４（ｂ）に示
すようにワーク２０５の加工面に右下がりの加工段差が
できる。

【００１２】また従来の工作機械によると、暴走時のス
ライド部材を停止させるストッパ手段が設けられている
が、最近の工作機械のようにスライド部材の送りが高速
化されてくると、スライド部材の停止時に過大な運動エ
ネルギーが前記ストッパ手段に加わり、スライド部材の
送り系が損傷したり、工作機械のアライメントが崩れた
りする等の工作機械が損傷するおそれがある。

【００１３】また従来の工作機械によると、通常、スラ
イド部材が鋳物で製作されているため、重量が重く、ス
ライド部材の送りの高速化の妨げとなっている。例え
ば、スライド部材をボールねじを用いた送り駆動の場合
には、早送り速度４０ m/min以下、加速度0.3 G 程度で
運転されていたものが、近年、リニアモータの送り駆動
によって早送り速度が５０ m/minを越え、加速度が１G
を越えるものが開発されてきている。なお軽量化のため
にアルミを用いることは、熱変位が大きくなったり、剛
性不足となったりすることから好ましくない。

【００１４】また、スライド部材に鉄板溶接構造の構成
材を用いるものでは、軽量化できリニアモータの送り駆
動のように高速位置決め制御に適するが、剛性が低いた
め、自励振動周波数が低く振動し易くなる、すなわち振
動特性が悪くなるおそれがある。

【００１５】本発明は上記した問題点を解決するために
なされたものであって、本発明が解決しようとする第１
の課題は、リニアモータの送り駆動によるスライド部材
の送り動剛性を高めることのできる工作機械を提供する
ことにある。

【００１６】また本発明の第２の課題は、リニアモータ
の送り駆動によるスライド部材の暴走時の工作機械の損
傷を防止することのできる工作機械を提供することにあ
る。

【００１７】また本発明の第３の課題は、リニアモータ
の送り駆動によるスライド部材の軽量化と高剛性化を両
立させることのできる工作機械を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１の発明は、リニアモータの送り駆動により直線方向
にスライドするスライド部材を備える工作機械におい
て、前記スライド部材をリニアモータの送り駆動により
送られた送り停止位置に機械的な作動によって保持する
機械的保持装置を設けた工作機械である。前記請求項１
記載の工作機械によると、スライド部材をリニアモータ
の送り駆動により送られた送り停止位置に機械的保持装
置の機械的な作動によって保持でき、このためリニアモ
ータの送り駆動によるスライド部材の送り動剛性を高め
ることができる。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１記載の工作機
械において、スライド部材が、工具主軸を回転可能に支
持しかつ前記工具主軸の軸線方向にスライドする主軸保
持ラムである工作機械である。前記請求項２記載の工作
機械によると、工具主軸の軸線方向にスライドする主軸
保持ラムの送り動剛性を高め、例えばフライス加工の面
削りにおける加工段差の発生を防止することができる。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１記載の工作機
械において、スライド部材が、工具主軸を回転可能に支
持しかつ前記工具主軸の軸線方向にスライドする主軸保
持ラムと、主軸保持ラムのスライド方向と直交する方向
にスライドするサドルと、主軸保持ラム及びサドルの両
スライド方向と直交する方向にスライドしかつ前記主軸
保持ラムをスライド可能に支持する主軸ヘッドであり、
機械的保持装置は前記主軸保持ラムを任意の送り停止位
置で主軸ヘッドに保持可能である工作機械である。前記
請求項３記載の工作機械によると、スライド部材が主軸
保持ラムとサドルと主軸ヘッドであるものにおいて、主
軸保持ラムを任意の送り停止位置で機械的保持装置の機
械的な作動によって主軸ヘッドに保持でき、このため主
軸保持ラムの送り動剛性を高めることができる。

【００２１】請求項４の発明は、請求項３記載の工作機
械において、機械的保持装置は、主軸保持ラムと主軸ヘ
ッドのどちらか一方に設けられかつ前記主軸保持ラムの
スライド方向に対し平行に延びる長尺状の板要素と、他
方に設けられかつ前記板要素を挟持可能な一対のアクチ
ュエータとからなる工作機械である。前記請求項４記載
の工作機械によると、機械的保持装置の一対のアクチュ
エータが作動して板要素を挟持することにより、スライ
ド部材を任意の送り停止位置に保持することができる。

【００２２】請求項５の発明は、リニアモータの送り駆
動により直線方向にスライドするスライド部材を備える
工作機械において、前記スライド部材のストローク範囲
以上のスライド動作にかかる運動エネルギーを吸収する
緩衝装置を設けた工作機械である。前記請求項５記載の
工作機械によると、リニアモータの送り駆動によるスラ
イド部材の暴走時の運動エネルギーを緩衝装置によって
吸収し、スライド部材のストローク範囲以上の暴走によ
る工作機械の損傷を防止することができる。

【００２３】請求項６の発明は、請求項５記載の工作機
械において、緩衝装置は、スライド部材の運動エネルギ
ーを段階的に吸収する第１緩衝機構と第２緩衝機構とか
らなる工作機械である。前記請求項６記載の工作機械に
よると、スライド部材の暴走時の運動エネルギーを緩衝
装置の第１緩衝機構と第２緩衝機構とにより段階的に吸
収することができる。

【００２４】請求項７の発明は、請求項６記載の工作機
械において、第１緩衝機構は、スライド部材と固定側部
材のどちらか一方の部材に設けられかつ変形によってス
ライド部材の運動エネルギーを吸収可能な金属板と、前
記金属板に設けられかつ前記金属板の変形に先立ってス
ライド部材の運動エネルギーを吸収可能な弾性体とを備
え、また第２緩衝機構は、スライド部材と固定側部材の
どちらか一方の部材に設けられかつ前記第１緩衝機構の
作動後に前記運動エネルギーを吸収可能な弾性体からな
る工作機械である。前記請求項７記載の工作機械による
と、スライド部材の暴走時の運動エネルギーを第１緩衝
機構の弾性体の弾性を利用して吸収した後、金属板の変
形を利用して吸収し、その後、第２緩衝機構の弾性を利
用して吸収することができる。

【００２５】請求項８の発明は、請求項７記載の工作機
械において、第１緩衝機構の弾性体を棒状に形成し、第
２緩衝機構をリング状に形成し、両弾性体をほぼ同心状
に配置した工作機械である。前記請求項８記載の工作機
械によると、第１緩衝機構の弾性体と第２緩衝機構とを
コンパクトに配置することができる。

【００２６】請求項９の発明は、リニアモータの送り駆
動により直線方向にスライドするスライド部材を備える
工作機械において、前記スライド部材の少なくとも一部
の構成材は、ほぼ平行をなす一対の板部材と、両板部材
を相互に結合するリム部材と、両板部材の間にテンショ
ンを付与するテンション付与機構とを備えた構成材であ
る工作機械である。前記請求項９記載の工作機械による
と、スライド部材の少なくとも一部の構成材が、一対の
板部材をリム部材により相互に結合した構成材であるこ
とによりスライド部材を軽量化でき、また前記構成材の
一対の板部材の間にテンション付与機構によりテンショ
ンを付与することにより構成材を高剛性化することがで
き、よってリニアモータの送り駆動によるスライド部材
の軽量化と高剛性化を両立させることができる。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項９記載の工作
機械において、構成材のテンション付与機構は、一方の
板部材に支持されるテンションバーと、前記テンション
バーにねじ合わされかつ他方の板部材に支持される調整
ナットとからなり、前記テンションバー及び調整ナット
と各板部材との間には弾性ゴムからなる弾性部材を介在
した工作機械である。前記請求項１０記載の工作機械に
よると、テンション付与機構のテンションバーに対する
調整ナットのねじ調整によって、構成材の一対の板部材
の間に適正なテンションを付与することができ、また弾
性部材によって前記テンションバー及び調整ナットと各
板部材との間の振動特性を向上することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面にし
たがって説明する。工作機械を略体正面図で示した図１
において、ベッド１の前部上には、ワークを支持するテ
ーブル（図示省略）が設けられている。またベッド１の
後部上には、ほぼ門形状をしたコラム３が設置されてい
る。なお工作機械を正面から見て、左右方向をＸ方向、
上下方向をＹ方向、前後方向（図１の紙面表裏方向）を
Ｚ方向という。

【００２９】前記ベッド１上のコラム３の内部空間に
は、矩形枠状に構成されたサドル４がリニアガイド５を
介してＸ方向にスライド可能に設けられている。前記サ
ドル４の内部空間には、主軸ヘッド６がリニアガイド
（図示省略）を介してＹ方向にスライド可能に設けられ
ている。主軸ヘッド６内には、主軸保持ラム８がリニア
ガイド９を介してＺ方向にスライド可能に設けられてい
る。主軸保持ラム８の前端部には、工具主軸１１がビル
トインモータを介して回転可能に支持されている。工具
主軸１１には、工具例えばフライスカッタ（図示省略）
が取り付けられる。工具主軸１１の軸線方向はＺ方向に
延びている。なお工作機械におけるサドル４、主軸ヘッ
ド６及び主軸保持ラム８は、それぞれリニアモータ（図
示省略）による送り駆動により直線方向にスライドする
もので、本発明でいうスライド部材に相当している。ま
た、リニアガイド及びリニアモータについての詳細な説
明は従来と同様であるから省略する。

【００３０】前記主軸ヘッド６と主軸保持ラム８との間
には、主軸保持ラム８をリニアモータの送り駆動により
送られた送り停止位置に機械的な作動によって保持する
ために左右の機械的保持装置が設けられている。左右の
各機械的保持装置は、左右対称状に配置されているか
ら、右側の機械的保持装置について説明し、左側の機械
的保持装置についての説明は省略する。図１のＡ−Ａ線
断面図が図２に示され、図２のＢ−Ｂ線断面図が図３に
示されている。図２及び図３に右側の機械的保持装置１
３が表されている。機械的保持装置１３は、金属製棒材
等からなる長尺状の板要素１４と、上下一対のアクチュ
エータ１５とからなる。板要素１４は、主軸保持ラム８
の右側面に対面する主軸ヘッド６の内側面に、主軸保持
ラム８のスライド方向（Ｚ方向）に対し平行に延びるよ
うに溶接によって取り付けられている。また上下一対の
アクチュエータ１５は、主軸保持ラム８の右側面に前後
２組設けられ、前記板要素１４を挟持可能である。なお
図２中、二点鎖線１２は、前記工具主軸１１を回転させ
るビルトインモータを示している。

【００３１】前記機械的保持装置１３について図４の説
明図を参照して詳述する。図４中、（ａ）は正断面図、
（ｂ）はスクチュエータの右側面図、（ｃ）は同平面図
である。上下のアクチュエータ１５は、板要素１４を間
に上下対称状に配置された油圧シリンダ１５（アクチュ
エータと同一符号を付す。）からなるもので、ハウジン
グ１５ｂとその内部に軸方向に移動可能に設けられたピ
ストンロッド１５ａとを備えている。各ピストンロッド
１５ａは、板要素１４の上下の各面にそれぞれ対向して
いる。また上下の油圧シリンダ１５の間において、主軸
保持ラム８には、切り欠きプレートからなるブレーキパ
ッド１６がボルト等によって取り付けられている。ブレ
ーキパッド１６は、前記板要素１４を間に突出しかつ板
要素１４と各ピストンロッド１５ａとの間に位置する上
下のパッド部１６ａを有している。従って、各油圧シリ
ンダ１５が伸長作動すると、それぞれのピストンロッド
１５ａがブレーキパッド１６の各パッド部１６ａを板要
素１４に押圧して板要素１４を挟持することにより相対
的な位置関係を保持する。また各油圧シリンダ１５が短
縮作動すると、それぞれのピストンロッド１５ａが後退
し、ブレーキパッド１６の各パッド部１６ａに対する押
圧を解除して板要素１４を開放する。なおアクチュエー
タ１５による保持力は、主軸保持ラム８を送り駆動する
リニアモータの定格出力の２０〜３０％に設定されてお
り、リニアモータのサーボ制御によるサーボロックによ
る力を併用して主軸保持ラム８を送り停止位置に保持す
る。

【００３２】次に、前記工作機械において、フライス加
工を実行する動作について、ＮＣプログラム図を示した
図５及びフローチャートを示した図６を参照して述べ
る。なお、図５のプログラム中の符号”＊＊＊”およ
び”ｘｘ，ｙｙ”は、適当な数値データを意味してい
る。図５のＮＣプログラムにおけるシーケンスナンバ
ー”Ｎ０１”のデータ”Ｇ００Ｘ＊＊．＊Ｙ＊＊．＊”
が実行されると、サドル４が”＊＊．＊”の目標位置ま
でＸ方向に移動され、また主軸ヘッド６が”＊＊．＊”
の目標位置までＹ方向に位置決めされる。これにより、
工具主軸１１の先端の工具（フライスカッタ）がワーク
（図示省略）の一側に位置される。

【００３３】次のシーケンスナンバー”Ｎ１０”のデー
タ”Ｇ００Ｚ＊＊．＊；”が実行されるとき、主軸保持
ラム８は”＊＊．＊”の数値にて指定される目標位置へ
位置決め制御される（図６のステップ１００）。この目
標位置では、フライスカッタにより、ワークのＸ方向の
一側でワークの加工面に対し所定の切り込みが与えられ
る。前記目標位置への位置決め完了により、次のシーケ
ンスナンバー”Ｎ２０”の補助機能指令”Ｍｘｘ”（番
号ｘｘのＭ機能命令）が図６のステップ１０１にて実行
され、この補助機能指令はステップ１０２の実行を指令
する。これにより、ステップ１０２においては、前記目
標位置への位置偏差が所定値ε以内であるか確認され、
所定値ε以上であれば所定値ε以内になるまで待機す
る。

【００３４】前記位置偏差が所定値ε以内になれば、ス
テップ１０３で機械的保持装置１３（ブレーキともい
う。）のアクチュエータ（油圧シリンダ）１５が伸長作
動され、主軸保持ラム８が送り停止位置に機械的に保持
される（ブレーキＯＮ）。次にステップ１０４では、ブ
レーキを駆動している油圧シリンダ１５の油圧（ブレー
キ圧）が所定圧力以上（ＯＮ状態）であるか否かがチェ
ックされ、所定圧力以上であれば、図５のシーケンスナ
ンバー”Ｎ３０”の制御命令”Ｇ０１Ｘ＊＊＊．＊”が
実行されて、サドル４がＸ方向に”＊＊＊．＊”まで切
削送りされる。これにより、ワークの加工面がフライス
加工される（図６のステップ１０５）。

【００３５】前記フライス加工の完了において、図５の
シーケンスナンバー”Ｎ４０”の補助機能指令”Ｍｙ
ｙ”が実行され、油圧シリンダ１５が短縮作動されるこ
とによりブレーキがＯＦＦされる（図６のステップ１０
６）。ステップ１０７で、ブレーキ圧が所定圧力以下
（ＯＦＦ状態）であるか否かがチェックされ、所定圧力
以下でブレーキの解除が確認されると、図５のシーケン
スナンバー”Ｎ５０”の制御命令”Ｇ００Ｚ＊．＊”が
実行され、図６のステップ１０８で、主軸保持ラム８が
位置決め制御により”＊．＊”の数値にて指定される位
置へ後退された後、図５のシーケンスナンバー”Ｎ６
０”のプログラムエンド命令”Ｍ３０”の実行によりフ
ライス加工のための一連の動作が終了する。

【００３６】また、サドル４を送り駆動するリニアモー
タが何らかの原因でコントロール不能となり、サドル４
が送り停止位置で停止不能となり暴走した場合のため
に、図１に示すように、コラム３の左右下端部には、サ
ドル４の暴走時のストローク範囲以上のスライド動作に
かかる運動エネルギーを吸収する左右の緩衝装置１７が
設けられている。左右の緩衝装置１７は、左右対称状に
配置されているから、右側の緩衝装置１７について説明
し、左側の緩衝装置１７についての説明は省略する。右
側の緩衝装置１７の説明図が図７に示されている。図７
中、（ａ）は緩衝装置１７の断面図、（ｂ）〜（ｄ）は
サドル４の運動エネルギー吸収状態を段階的に示す断面
図である。

【００３７】図７（ａ）において、緩衝装置１７は、サ
ドル４の運動エネルギーを段階的に吸収する第１緩衝機
構１８と第２緩衝機構１９とからなる。第１緩衝機構１
８は、ほぼ帯板状をなす鉄板等からなる金属板１８ｂ
と、その金属板１８ｂの上端部の一側面（図示左側面）
に突出状に取り付けられた弾性ゴム等からなる棒状の弾
性体１８ａとを備えている。前記金属板１８ｂの下端部
は、ベッド１の右側面にボルト等により交換可能に取り
付けられている。また前記弾性体１８ａは、コラム３の
下端部に設けた貫通孔３ａにほぼ同心状に遊挿されてお
り、その先端部がコラム３の内側面（図示左側面）より
突出されている。また第２緩衝機構１９は、弾性ゴム等
の弾性体からリング状に形成されており、その一端面に
はワッシャ１９ａが同心状に取り付けられている。この
ワッシャ１９ａが前記コラム３の内側面に取り付けられ
ることによって、第２緩衝機構１９が前記第１緩衝機構
１８の弾性体１８ａと同心状をなすように配置されてい
る。また第２緩衝機構１９よりも第１緩衝機構１８の弾
性体１８ａの先端部が突出している。なお第２緩衝機構
１９のコラム３に対する取り付けは、ボルトあるいは接
着等の手段が考えられる。また、ベッド１及びコラム３
は本発明でいう固定側部材に相当する。

【００３８】続いて、緩衝装置１７の作動について述べ
る。サドル４の暴走時の運動エネルギーは、まず図７
（ｂ）に示すようにサドル４の側面が第１緩衝機構１８
の弾性体１８ａの先端に当たった後、その弾性体１８ａ
の弾性を利用して吸収され、続いて同（ｃ）に示すよう
に前記弾性体１８ａを介して金属板１８ｂに変形をきた
すことにより、その変形を利用して吸収され、さらに、
同（ｄ）に示すようにサドル４が第２緩衝機構１９の端
面に当たった後は、前記金属板１８ｂの変形を利用した
吸収とともに、第２緩衝機構１９の弾性を利用した吸収
がなされる。このように、サドル４の暴走時の運動エネ
ルギーは第１緩衝機構１８と第２緩衝機構１９とによっ
て段階的に吸収される。なお第１緩衝機構１８の金属板
１８ｂは、１度変形したら新しいものと交換すればよ
い。

【００３９】またサドル４は、図１に示すように、上下
左右の枠材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから矩形枠状に構成
されている。各枠材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、ほぼ同
様の構成材から構成されているから左側の枠材４ｃにつ
いて図８、図９、図１０を参照して説明し、他の枠材４
ａ，４ｂ，４ｄについての説明は省略する。図８にサド
ル４の左側の枠材４ｃの平断面図が示され、図９に同枠
材の左側面図が示されている。図８及び図９に示すよう
に、枠材４ｃは、ほぼ平行をなす鉄板製の一対の板部材
２０，２１と、両板部材２０，２１を相互に溶接等によ
り結合するリム部材２２と、両板部材２０，２１の間に
テンションを付与するテンション付与機構２３とを備え
た構成材からなる。なお図８において、右側の板部材２
１には、前にも述べたように主軸ヘッド６がリニアガイ
ド（符号、７を付す）を介してＹ方向（紙面表裏方向）
にスライド可能に設けられている。また、右側の枠部材
と主軸ヘッド６との間には、主軸ヘッド６を送り駆動す
るためのリニアモータ（符号、６Ｍを付す。）が設けら
れている。

【００４０】前記テンション付与機構２３は、枠材（構
成材ともいう。）６ｃの各リム部材２２の相互間の各空
間部分に配置されている。テンション付与機構２３は、
図１０に部分断面図で示すように、一方（右方）の板部
材２１に支持されるテンションバー２４と、前記テンシ
ョンバー２４にねじ合わされかつ他方（左方）の板部材
２０に支持される調整ナット２５とからなる。前記テン
ションバー２４及び調整ナット２５と各板部材２０，２
１との間には弾性ゴムからなるリング状の弾性部材２６
が介在されている。

【００４１】詳しくは、調整ナット２５は、二面幅の軸
部２５ａと、その軸部のテンションバー２４側の端部に
設けられたフランジ部２５ｂを有している。フランジ部
２５ｂの端面にはねじ孔２５ｃが設けられている。一
方、テンションバー２４は、本体部２４ａと、本体部２
４ａの一端部に設けられかつ前記調整ナット２５のねじ
孔２５ｃにねじ合わされるねじ軸部２４ｂと、本体部２
５ｂの他端部に設けられたフランジ部２４ｃと、フラン
ジ部２４ｃから突出する二面幅の係合軸部２４ｄとを有
している。また各板部材２０，２１には、取付孔２０
ａ，２１ａがそれぞれ形成されている。なお図８の右側
の板部材２１の取付孔２１ａは、テンションバー２４の
二面幅の係合軸部２４ｄと嵌合してテンションバー２４
の回り止めするほぼ四角形状に形成されている。また図
８の左側の板部材２０の取付孔２０ａは、調整ナット２
５の二面幅の軸部２５ａを回転可能に嵌合する大きさで
かつ枠材２０の長手方向（図９の左右方向）の位置ずれ
を吸収する開口幅を有する横長四角形状に形成されてい
る。

【００４２】テンション付与機構２３は、テンションバ
ー２４と調整ナット２５とをねじ合わせて短縮状態に
し、また係合軸部２４ｄと軸部２５ａにそれぞれ弾性部
材２６を嵌めた後、枠材６ｃの板部材２０，２１の間に
持ち込まれる。そして、テンションバー２４の係合軸部
２４ｄを板部材２１の取付孔２１ａに挿入することで、
テンションバー２４の回り止めがなされる。続いて、調
整ナット２５を回動させることにより、テンション付与
機構２３の長さを伸長させていき、調整ナット２５の軸
部２５ａを板部材２０の取付孔２０ａに挿入する。続い
て、板部材２０の外部から調整ナット２５の軸部２５ａ
を回動させることにより、テンション付与機構２３の長
さを伸長させていくことにより、テンションバー２４の
フランジ部２４ｃ及び調整ナット２５のフランジ部２５
ｂが板部材２０，２１を相反方向に押し拡げる方向に作
用し、板部材２０，２１の間にテンションが付与され
る。なお、調整ナット２５の回動調整によって前記テン
ションが適正に調整される。

【００４３】上記した工作機械によると、主軸保持ラム
８をリニアモータの送り駆動により送られた送り停止位
置に機械的保持装置１３の機械的な作動によって保持す
ることができ、このためリニアモータの送り駆動による
主軸保持ラム８の送り動剛性を高めることができる。ま
た、工具主軸１１の軸線方向にスライドする主軸保持ラ
ム８の送り動剛性を高めたことにより、加工抵抗による
主軸保持ラム８の後退を防止できるため、例えばフライ
ス加工の面削りにおける加工段差の発生を防止すること
ができる。

【００４４】また、本実施の形態では、機械的保持装置
１３による保持力とリニアモータのサーボロック力の両
方の力により、主軸保持ラム８の送り動剛性を高めるも
のであり、機械的保持装置１３はリニアモータの定格出
力の２０〜３０％の保持力に設定したので、前記保持力
とサーボロック力が喧嘩して不安定になることを防止で
きる。

【００４５】また主軸保持ラム８とサドル４と主軸ヘッ
ド６がスライド部材であるものにおいて、主軸保持ラム
８を任意の送り停止位置で機械的保持装置１３の機械的
な作動によって主軸ヘッド６に保持でき、このため主軸
保持ラム８の送り動剛性を高めることができる。

【００４６】また、機械的保持装置１３の一対のアクチ
ュエータ１５が作動して板要素１４を挟持することによ
り、主軸保持ラム８を任意の送り停止位置に保持するこ
とができる。

【００４７】また、リニアモータの送り駆動によるサド
ル４の暴走時の運動エネルギーを緩衝装置１７によって
吸収し、サドル４のストローク範囲以上の暴走による工
作機械の損傷を防止することができる。

【００４８】また前記緩衝装置１７は、サドル４の暴走
時の運動エネルギーを緩衝装置１７の第１緩衝機構１８
と第２緩衝機構１９とにより段階的に吸収することがで
きる。

【００４９】また前記緩衝装置１７は、サドル４の暴走
時の運動エネルギーを第１緩衝機構１８の弾性体１８ａ
の弾性を利用して吸収した後、金属板１８ｂの変形を利
用して吸収し、その後、第２緩衝機構１９の弾性を利用
して吸収することができる。

【００５０】また前記緩衝装置１７、第１緩衝機構１８
の弾性体１８ａを棒状に形成し、第２緩衝機構１９の第
２緩衝機構１９をリング状に形成し、前記弾性体１８ａ
と第２緩衝機構１９とを同心状に配置したため、第１緩
衝機構１８の弾性体１８ａと第２緩衝機構１９とをコン
パクトに配置することができる。従って前記緩衝装置１
７によると、バネ手段や油圧を用いたショックアブソー
バ等の緩衝装置と比べて設置スペースの削減が図れる。

【００５１】また、サドル４の各枠材４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄがそれぞれ一対の板部材２０，２１をリム部材
２２により相互に結合した構成材であることによりサド
ル４を軽量化でき、また前記構成材の一対の板部材２
０，２１の間にテンション付与機構２３によりテンショ
ンを付与したことにより構成材を高剛性化することがで
き、よってリニアモータの送り駆動によるサドル４の軽
量化と高剛性化を両立させることができる。

【００５２】また、前記テンション付与機構２３のテン
ションバー２４に対する調整ナット２５のねじ調整によ
って、構成材の一対の板部材２０，２１の間に適正なテ
ンションを付与することができ、また弾性部材２６によ
って前記テンションバー２４及び調整ナット２５と各板
部材２０，２１との間の振動特性を向上することができ
る。

【００５３】本発明は前記実施の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ける変更
が可能である。例えば、サドル４を任意の送り停止位置
でコラム３又はベッド１に保持する機械的保持装置１３
を設けたり、主軸ヘッド６を任意の送り停止位置でサド
ル４に保持する機械的保持装置１３を設けることもでき
る。また上記実施の形態では、機械的保持装置１３の板
要素１４を主軸ヘッド６に設け、一対のアクチュエータ
１５を主軸保持ラム８に設けたが、これと逆に板要素１
４を主軸保持ラム８に設け、一対のアクチュエータ１５
を主軸ヘッド６に設けてもよい。また緩衝装置１７は、
３以上の緩衝機構を設け、スライド部材の暴走時の運動
エネルギーを３段階以上に吸収するものとしてもよい。
また、緩衝装置１７の第１緩衝機構１８の弾性体１８ａ
及び第２緩衝機構１９には、緩衝ゴムに代え、緩衝ばね
を用いることも考えられる。また、テンション付与機構
２３は、実施の形態では板部材２０，２１を相反方向に
押し拡げるテンションを付与したが、これに代え板部材
２０，２１相互を近接方向に押し付けるテンションを付
与するものでもよい。

【００５４】

【発明の効果】本発明の工作機械によると次のような効
果が得られる。請求項１記載の工作機械によると、スラ
イド部材をリニアモータの送り駆動により送られた送り
停止位置に機械的保持装置の機械的な作動によって保持
できることにより、リニアモータの送り駆動によるスラ
イド部材の送り動剛性が高まる。

【００５５】請求項２記載の工作機械によると、工具主
軸の軸線方向にスライドする主軸保持ラムの送り動剛性
が高まり、加工抵抗による主軸保持ラムの後退を防止で
きるので、例えばフライス加工の面削りにおける加工段
差の発生の防止に有効である。

【００５６】請求項３記載の工作機械によると、スライ
ド部材が主軸保持ラムとサドルと主軸ヘッドであるもの
において、主軸保持ラムを任意の送り停止位置で機械的
保持装置の機械的な作動によって主軸ヘッドに保持でき
ることにより、主軸保持ラムの送り動剛性が高まる。

【００５７】請求項４記載の工作機械によると、機械的
保持装置の一対のアクチュエータの作動による板要素の
挟持によって、スライド部材を任意の送り停止位置で保
持することができる。

【００５８】請求項５記載の工作機械によると、リニア
モータの送り駆動によるスライド部材の暴走時の運動エ
ネルギーを緩衝装置によって吸収できるため、スライド
部材のストローク範囲以上の暴走による工作機械の損傷
を防止することができる。

【００５９】請求項６記載の工作機械によると、スライ
ド部材の暴走時の運動エネルギーを緩衝装置の第１緩衝
機構と第２緩衝機構とによって段階的に吸収することが
できる。

【００６０】請求項７記載の工作機械によると、スライ
ド部材の暴走時の運動エネルギーを第１緩衝機構の弾性
体と金属板と第２緩衝機構とによって段階的に吸収する
ことができる。

【００６１】請求項８記載の工作機械によると、第１緩
衝機構の弾性体と第２緩衝機構とをコンパクトに配置
し、バネ手段や油圧を用いたショックアブソーバ等の緩
衝装置と比べて設置スペースの削減を図ることができ
る。

【００６２】請求項９記載の工作機械によると、スライ
ド部材の少なくとも一部の構成材が、一対の板部材をリ
ム部材により相互に結合した構成材であることによりス
ライド部材を軽量化し、また前記構成材の一対の板部材
の間にテンション付与機構によるテンションの付与によ
り構成材を高剛性化し、これによってリニアモータの送
り駆動によるスライド部材の軽量化と高剛性化の両立が
可能となる。

【００６３】請求項１０記載の工作機械によると、テン
ション付与機構のテンションバーに対する調整ナットの
ねじ調整により構成材の一対の板部材の間に適正なテン
ションを付与し、また弾性部材によって前記テンション
バー及び調整ナットと各板部材との間の振動特性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】工作機械の略体正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】機械的保持装置の説明図である。

【図５】フライス加工を実行するＮＣプログラム図であ
る。

【図６】フライス加工の動作説明にかかるフローチャー
トである。

【図７】緩衝装置の説明図である。

【図８】サドルの左側の枠材を示す平断面図である。

【図９】同枠材の左側面図である。

【図１０】テンション付与機構の部分断面図である。

【図１１】従来例を示す説明図である。

【図１２】他の従来例を示す説明図である。

【図１３】テーブルの送り動剛性を示す特性線図であ
る。

【図１４】フライス加工におけるワークの加工面の説明
図である。

【符号の説明】

４サドル（スライド部材）６主軸ヘッド（スライド部材）８主軸保持ラム（スライド部材）１１工具主軸１３機械的保持装置１４板要素１５アクチュエータ１７緩衝装置１８第１緩衝機構１８ａ弾性体１８ｂ金属板１９第２緩衝機構２０，２１板部材２２リム部材２３テンション付与機構２４テンションバー２５調整ナット２６弾性部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松永茂愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リニアモータの送り駆動により直線方向
にスライドするスライド部材を備える工作機械におい
て、前記スライド部材をリニアモータの送り駆動により
送られた送り停止位置に機械的な作動によって保持する
機械的保持装置を設けた工作機械。
【請求項２】請求項１記載の工作機械において、スラ
イド部材が、工具主軸を回転可能に支持しかつ前記工具
主軸の軸線方向にスライドする主軸保持ラムである工作
機械。
【請求項３】請求項１記載の工作機械において、スラ
イド部材が、工具主軸を回転可能に支持しかつ前記工具
主軸の軸線方向にスライドする主軸保持ラムと、主軸保
持ラムのスライド方向と直交する方向にスライドするサ
ドルと、主軸保持ラム及びサドルの両スライド方向と直
交する方向にスライドしかつ前記主軸保持ラムをスライ
ド可能に支持する主軸ヘッドであり、機械的保持装置は
前記主軸保持ラムを任意の送り停止位置で主軸ヘッドに
保持可能である工作機械。
【請求項４】請求項３記載の工作機械において、機械
的保持装置は、主軸保持ラムと主軸ヘッドのどちらか一
方に設けられかつ前記主軸保持ラムのスライド方向に対
し平行に延びる長尺状の板要素と、他方に設けられかつ
前記板要素を挟持可能な一対のアクチュエータとからな
る工作機械。
【請求項５】リニアモータの送り駆動により直線方向
にスライドするスライド部材を備える工作機械におい
て、前記スライド部材のストローク範囲以上のスライド
動作にかかる運動エネルギーを吸収する緩衝装置を設け
た工作機械。
【請求項６】請求項５記載の工作機械において、緩衝
装置は、スライド部材の運動エネルギーを段階的に吸収
する第１緩衝機構と第２緩衝機構とからなる工作機械。
【請求項７】請求項６記載の工作機械において、第１
緩衝機構は、スライド部材と固定側部材のどちらか一方
の部材に設けられかつ変形によってスライド部材の運動
エネルギーを吸収可能な金属板と、前記金属板に設けら
れかつ前記金属板の変形に先立ってスライド部材の運動
エネルギーを吸収可能な弾性体とを備え、また第２緩衝
機構は、スライド部材と固定側部材のどちらか一方の部
材に設けられかつ前記第１緩衝機構の作動後に前記運動
エネルギーを吸収可能な弾性体からなる工作機械。
【請求項８】請求項７記載の工作機械において、第１
緩衝機構の弾性体を棒状に形成し、第２緩衝機構をリン
グ状に形成し、両弾性体をほぼ同心状に配置した工作機
械。
【請求項９】リニアモータの送り駆動により直線方向
にスライドするスライド部材を備える工作機械におい
て、前記スライド部材の少なくとも一部の構成材は、ほ
ぼ平行をなす一対の板部材と、両板部材を相互に結合す
るリム部材と、両板部材の間にテンションを付与するテ
ンション付与機構とを備えた構成材である工作機械。
【請求項１０】請求項９記載の工作機械において、構
成材のテンション付与機構は、一方の板部材に支持され
るテンションバーと、前記テンションバーにねじ合わさ
れかつ他方の板部材に支持される調整ナットとからな
り、前記テンションバー及び調整ナットと各板部材との
間には弾性ゴムからなる弾性部材を介在した工作機械。