JPH1086026A - 垂直軸直動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 剛性や位置決め精度を損なうことなくコンパ
クトな垂直軸直動機構を提供すること。 【解決手段】 内側にステータ６、外側にロータ７を有
するサーボモータ４′のロータ７の外周部に雄ネジ９を
設け、円筒形のテーブル固定手段３の内周部に設けた雌
ネジ１０と螺合させ、テーブル２に送りをかける。送り
ネジとなる雄ネジ９がテーブル２の外周部に匹敵する程
度にまで大径化されているので、テーブル２の水平面内
でのふらつきが非常に少なくなり、また、テーブル固定
手段３内にステータ６，ロータ７を同心円上に配備して
いるので全体の構成をコンパクト化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、垂直軸直動機構の
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】精密な位置決め精度を要求される加工を
行う場合、あるいは、多くの精密な加工物を連続的に加
工する場合には、加工物をテーブル上に配置し、鉛直上
方から加工を行う形態が段取り上有利である。

【０００３】図２は、このような加工形態を実施するた
めの具体的な機械構成例をしめすもので、工作物１００
を載置するテーブル１０１にはＸ軸方向の送り軸とＢ軸
の回転軸が設けられる。一方、工具１０２はＣ軸の回転
軸を具備し、上下に直動するＹ軸スライド１０３上に取
り付けられており、Ｙ軸コラム１０４は直行するＺ軸の
送り軸上に構成されている。このような構造により、こ
の工作機械は全体として同時５軸の加工を可能にするマ
シニングセンタの形式を持っている。

【０００４】しかし、このような構造の機械では、Ｙ軸
スライド１０３上でＣ軸機構を含めた加工ヘッド１０６
が片持梁状に保持され、Ｙ軸スライド１０３に大きな曲
げモーメントがかかるため、剛性の確保が難しく、ま
た、十分な精度を得ることがむつかしい。さらに、直動
軸を直角に配置するためにはＺ軸スライド上１０５にＹ
軸コラム１０４を垂直に配置する必要があるが、Ｙ軸コ
ラム１０４のような大型の部材の直角を精度よく加工す
ることは大変困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を解消し、剛性や位置決め精度を損なう
ことなくコンパクトな垂直軸直動機構を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、テーブルを固
定するテーブル固定手段の内周部に雌ネジを設けると共
に、回転駆動機構をテーブル固定手段内に配備してその
回転部に前記テーブル固定手段内周部の雌ネジに螺合す
る雄ネジを設け、テーブル固定手段と前記回転駆動機構
を取り付けたベースとの間に、テーブル固定手段の回転
を禁止してネジ送り方向の直動のみを許容する移動方向
規制手段を配備したことを特徴とする構成により前記目
的を達成した。

【０００７】更に、テーブル固定手段内に配備するため
の回転駆動機構として、内側にステータ、外側にロータ
を有するモータを前記テーブル固定手段内の中央部に配
備して、ステータを前記ベースに固定する一方、前記ロ
ータの外周部にはテーブル固定手段内周部の雌ネジに螺
合する雄ネジを設けたことを特徴とする構成を提案す
る。

【０００８】また、テーブルを固定するテーブル固定手
段の外周部に雄ネジを設けると共に、外側にステータ、
内側にロータを有するモータで構成される回転駆動機構
をベース上に配備してステータをベースに固定する一
方、前記ロータの内周部にはテーブル固定手段外周部の
雄ネジに螺合する雌ネジを設け、テーブル固定手段と前
記ステータを取り付けたベースとの間に、テーブル固定
手段の回転を禁止してネジ送り方向の直動のみを許容す
る移動方向規制手段を配備したことを特徴とする構成に
より前記と同様の目的を達成した。

【０００９】いずれの構成を適用する場合であっても、
モータとしてはサーボモータを利用することができ、ま
た、移動方向規制手段は、前記ベースに立設されたガイ
ドピンと、これに嵌合するように前記テーブル固定手段
の外周部に穿設された孔とによって構成することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図３は本発明の垂直軸駆動機構１を
組み込んだ工作機械の構成例を示したものである。Ｘ軸
上にはＢ軸の回転軸、及び本発明による垂直軸駆動機構
１を用いたＹ軸が載置され、Ｙ軸のテーブル２上に工作
物１００が載置されている。Ｚ軸の送り軸上にはＣ軸ボ
ックス３２を介してＣ軸が固定されており、そのＣ軸上
にとりつけられたスピンドル１０７に回転工具１０２を
取り付けて加工をおこなう。このような機械構造をとる
ことにより、図２でしめした従来例と同じく同時５軸の
マシニングセンタを構成している。このような機械構造
では、Ｃ軸は垂直方向の送り軸上に取り付けられる必要
がなく、Ｚ軸上に固定することができるため、十分な剛
性を確保することができる。また、コンパクトなＹ軸が
Ｂ軸上に構成されているため、Ｙ軸とＸ，Ｚ軸の直角を
確保することが容易である。

【００１１】それでは以下、図面を参照して、本発明の
詳細な内部構造を説明する。図１は本発明の一実施形態
の垂直軸駆動機構１を、その中心軸を含む平面で割って
構成の概略を示す断面図である。

【００１２】図１に示す通り、この実施形態の垂直軸直
動機構１は、テーブル２を固定するためのテーブル固定
手段３と、その内部に配備された回転駆動機構４、およ
び、回転駆動機構４を取り付けるためのベース５等によ
り構成され、これらの部材は、図１から明らかなよう
に、いずれも、円筒体または円環体により形成されてい
る。

【００１３】回転駆動機構４は、内側にステータ６、外
側にロータ７を備えたサーボモータ４′により構成さ
れ、内側に位置する円筒状のステータ６は、円環状に形
成されたベース５の内周寄りの位置に、複数のボルト８
によって一体的に固定されている。更に、ベース５上に
は、ステータ６の外周部を取り巻くようにして円筒状の
ロータ７が回転自在に取り付けられ、回転部となるロー
タ７の外周面に雄ネジ９が設けられて、円筒状のテーブ
ル固定手段３の内周面に設けられた雌ネジ１０に螺合し
ている。

【００１４】ステータ６，ロータ７，テーブル固定手段
３は、既に述べた通り、各々が円筒状に構成されてお
り、その各々が全て同心円上に配備されており、ロータ
７の下面とベース５との摺接面には静圧空気軸受が設け
られている。

【００１５】また、ステータ６の外周面にはコイル１２
を巻回したステータコア１１が一体的に取り付けられる
一方、ロータ７の拡径された内周面には、ロータコア１
３とマグネット１４とが組み込まれて、この拡径部の上
端部に嵌合した円環状のスペーサ１５によってロータ７
に一体的に固定されている。コイル１２とマグネット１
４との間には静圧空気軸受が設けられている。

【００１６】更に、ステータ６の上端面には円環状のリ
テーナ１７が複数のボルト１８で一体的に固着され、リ
テーナ１７の外周部下面とスペーサ１５との間に設けら
れた空気軸受がロータ７の軸方向の移動を禁止してい
る。

【００１７】また、ロータ７の上端面には、略Ｔ字型、
または、断面略Ｔ字型の回転体によって形成される回転
検出器取付部材２６がリテーナ１７を径方向に跨ぐよう
にして固着され、回転検出器取付部材２６の中央部から
下方に向けて突出する突出部２６ａの先端に、パルスコ
ーダ２７の構成要素となるエンコーダディスク２７ａ等
がボルト２８を介して固着されている。なお、２７ｂは
パルスコーダ２７の構成要素となるフォトカプラ等を装
着した基板であり、こちらはベース５の中央部に直に固
設されている。

【００１８】円環状に形成されたベース５の外周寄りの
位置には、図１に示すように、ボルト２０でベース５に
固定されたガイドピン１９が周方向に１２０°のピッチ
で３か所に亘り立設されている。また、各ガイドピン１
９に対応するテーブル固定手段３の外周部の位置には、
各々、ガイドピン１９と嵌合する孔２１が穿設され、ベ
ース５に対するテーブル固定手段３の移動方向を規制し
ている。各ガイドピン１９と孔２１との間には静圧空気
軸受が形成されているので、ガイドピン１９の外周面が
直に孔２１の内周面に接触することはない。

【００１９】また、ベース５上には、各ガイドピン１９
の立設位置に対し周方向に６０°ずつピッチをずらせて
３か所に亘って貫通孔２２が穿設され、その中にベース
固定用のボルト２３が挿通されている。各貫通孔２２に
対応するテーブル固定手段３の外周部の位置には、各
々、ボルト２３の頭部よりも僅かに大径の孔２４が穿設
され、更に、テーブル２の外周部にも、孔２４の位置に
対応して小径の貫通孔２５が穿設されている。貫通孔２
５の径は、ボルト２３の頭部に形成された六角沈め穴に
係合する六角レンチを挿入するに足る大きさである。

【００２０】この実施形態の垂直軸直動機構１は直径２
２０mm／全高１００mm弱といった大きさに設計されてい
るので、この垂直軸直動機構１を他の工作機械のワーク
テーブルに載せて使うことも可能であり、前述のボルト
２３は垂直軸直動機構１のベース５を工作機械のワーク
テーブルに締結する際に利用する。無論、工作機械のワ
ークテーブルにボルト２３と適合するネジ穴が設けられ
ていないような場合には、ボルト２３を孔２４内に退避
させてワークテーブルの磁気チャックでベース５を直に
固定したり、または、他のクランプ手段を利用してワー
クテーブルにベース５を固定したりすることもできる。
ボルト２３の回転操作は、テーブル２の貫通孔２５から
挿入した六角レンチをボルト２３の頭部の六角沈め穴に
係合させて行う。

【００２１】テーブル２をテーブル固定手段３に固着す
るためのボルト２９を通すための孔３０は、前述の孔２
１の場合と同様、円板状に形成されたテーブル２の外周
寄りの位置に周方向に１２０°のピッチで３か所に亘り
穿設され、各々の孔３０に通されたボルト２９の先端の
有効ネジ部が、テーブル固定手段３に設けられた雌ネジ
３１に螺合してテーブル２をテーブル固定手段３に固定
する。

【００２２】以上の構成により、サーボアンプからコイ
ル１２に電流を流してサーボモータ４′を磁励すれば、
ベース５に固着されたステータ６の回りをロータ７が回
転し、ガイドピン１９によって回転を阻止され、その内
周面の雌ネジ１０を介してロータ７の雄ネジ９と螺合し
た円筒状のテーブル固定手段３が上下動し、テーブル２
に上下方向の送りがかけられる。

【００２３】図１の例では、雄ネジ９の完全ネジ部が４
ピッチ、また、雌ネジ１０の完全ネジ部が２ピッチであ
るから、全体として上下に２ピッチ分、約２０mm程度の
移動が可能である。無論、ロータ７やテーブル固定手段
３を上下方向に長く形成してネジのピッチ数を増やせば
上下方向の送り量を増大させることは可能であるが、送
り量の増大に伴い全高が同じ割合で増大する問題があ
り、高精度な位置決めを目的とする限り、テーブル固定
手段３の移動限度も２０mm程度で十分である。

【００２４】また、この実施形態によれば、送りネジと
なる雄ネジ９がテーブル２の外周部に匹敵する程度にま
で大径化されているので、テーブル２の水平面内でのふ
らつきが非常に少なくなる。仮に、雄ネジ９と雌ネジ１
０との間に一定のモーメントＭを加えた場合、軸方向の
変位がａmmだけあるとすると、この実施形態の場合、テ
ーブル２の右端をベース５の側に押し付けてテーブル２
の左端にモーメントＭを加える力で引き上げたとすれ
ば、テーブル２の右端とテーブル２の左端との間の高低
差はせいぜいａmm程度ということになる。しかし、も
し、雄ネジ９の外径が実施形態の１／２、つまり、テー
ブル２の直径の１／２であるとするなら、ネジ部で生じ
るがたつきは、最低でも、雄ネジ９とテーブル２の外径
比に比例して２倍程度に増幅され、テーブル２の端部で
は２ａmmになってしまう。実際には、従来の送りネジの
径はテーブル２の径の１／２などというようなものでは
なく、それよりも遥かに細いので、そのような従来技術
に比べ、本実施形態のテーブル２の安定度は抜群であ
る。

【００２５】また、ガイドピン１９とテーブル固定手段
３の孔２１との間には静圧空気軸受のエアギャップ分の
間隙が形成されているが、この間隙によりテーブル固定
手段３に軸回りの変位が生じることになる。もし、ガイ
ドピン１９と孔２１との間に或る力Ｆを加えた場合の変
位がｂmmでベース５の中心からその最外郭部のガイドピ
ン１９までの距離がｒのときに軸回りにθのがたつきが
生じるとするなら、ベース５の中心からガイドピン１９
までの距離をｒ／２とした場合には同じ条件下で軸回り
に２θのがたつきが生じることを意味し、軸回りの変位
についても、ガイドピン１９の立設位置はベース５の中
心からの距離が離れているほど有利であるということに
なる。

【００２６】また、この実施形態においては、回転駆動
機構４を構成する各要素、要するに、サーボモータ４′
のステータ６とロータ７とが中空状の円筒体からなるテ
ーブル固定手段３の内部に同心円状に配備され、しか
も、テーブル固定手段３の回り止めを兼ねる移動方向規
制手段であるガイドロッド１９もテーブル固定手段３の
内部に配備するようにしているので、垂直軸直動機構１
を完全にユニット化してコンパクトに構成することがで
き、更に、この垂直軸直動機構１自体を他の工作機械の
テーブル上に載置して、加工物の精密な位置決め専用の
送り機構として利用することもできる。

【００２７】無論、必要とあらばテーブル２上に従来と
同様の磁気チャックやクランプ機構等を配備して加工物
を固定するようにすることも可能である。

【００２８】以上、一実施形態としてステータ６の外側
にロータ７を配備し、ロータ７の外周面に設けた雄ネジ
９でテーブル固定手段３の内周面に配備した雌ネジ１０
に送りをかけてテーブル２を上下動させる例について述
べたが、ステータの内側に円筒状のロータを配備し、ロ
ータの内周面に雌ネジを設け、テーブル固定手段の外周
面に設けた雄ネジと螺合させてテーブルを上下動させる
といった構成をとることも可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明の垂直軸直動機構は、テーブルを
固定するテーブル固定手段に直に大径のネジを設け、そ
の内部に設けた回転駆動機構のネジによりテーブル固定
手段に送りをかけてテーブルを上下動させるようにした
ので、垂直軸直動機構をユニット化してコンパクトに構
成することができ、しかも、コラムの側に多数のサドル
を重合して配備する場合に比べ、機械の剛性を保持する
のが容易である。

【００３０】また、テーブルに送りをかける送りネジが
大径化するため、テーブルが不用意にぶれることがなく
なり、水平面に対するテーブルの安定度が向上する。

【００３１】更に、テーブルの移動方向をガイドするガ
イドロッドはテーブル固定手段の外周部に穿設された孔
に係合してテーブルの回転を防止するようになっている
ので、テーブルの送りに際してガイドロッドに作用する
曲げモーメントが少なくて済み、ガイドロッドと孔との
ハメアイの誤差がテーブルの軸回りに与える遊びも小さ
くなって、テーブルの中心軸に対するテーブルのがたつ
きが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の垂直軸駆動機構を示す断
面図である。

【図２】精密な位置決め精度を要求される加工を行う場
合に好適な垂直軸直動機構の構成例を示す概念図である
（一般例）。

【図３】本実施形態の垂直軸直動機構の適用例である。

【符号の説明】

１ 垂直軸直動機構 ２ テーブル ３ テーブル固定手段 ４ 回転駆動機構 ４′ サーボモータ ５ ベース ６ ステータ ７ ロータ ８ ボルト ９ 雄ネジ １０ 雌ネジ １１ ステータコア １２ コイル １３ ロータコア １４ マグネット １５ スペーサ １７ リテーナ １８ ボルト １９ ガイドピン ２０ ボルト ２１ 孔 ２２ 貫通孔 ２３ ボルト ２４ 孔 ２５ 貫通孔 ２６ 回転検出器取付部材 ２６ａ 突出部 ２７ パルスコーダ ２７ａ エンコーダディスク ２７ｂ 基板 ２８ ボルト ２９ ボルト ３０ 孔 ３１ 雌ネジ ３２ Ｃ軸ボックス １００ 工作物 １０１ テーブル １０２ 工具 １０３ Ｙ軸スライド １０４ Ｙ軸コラム １０５ Ｚ軸スライド １０６ 加工ヘッド １０７ スピンドル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を載置するテーブルに垂直方向の
   相対送りをかける垂直軸直動機構において、 テーブルを固定するテーブル固定手段の内周部に雌ネジ
   を設けると共に、 回転駆動機構をテーブル固定手段内に配備してその回転
   部に前記テーブル固定手段内周部の雌ネジに螺合する雄
   ネジを設け、 テーブル固定手段と前記回転駆動機構を取り付けたベー
   スとの間に、テーブル固定手段の回転を禁止してネジ送
   り方向の直動のみを許容する移動方向規制手段を配備し
   たことを特徴とする垂直軸直動機構。
2. 【請求項２】 内側にステータ、外側にロータを有する
   モータで構成される回転駆動機構を前記テーブル固定手
   段内の中央部に配備してステータを前記ベースに固定す
   る一方、前記ロータの外周部にはテーブル固定手段内周
   部の雌ネジに螺合する雄ネジを設けたことを特徴とする
   請求項１記載の垂直軸直動機構。
3. 【請求項３】 工作物を載置するテーブルに垂直方向の
   相対送りをかける垂直軸直動機構において、 テーブルを固定するテーブル固定手段の外周部に雄ネジ
   を設けると共に、 外側にステータ、内側にロータを有するモータで構成さ
   れる回転駆動機構をベース上に配備してステータをベー
   スに固定する一方、 前記ロータの内周部にはテーブル固定手段外周部の雄ネ
   ジに螺合する雌ネジを設け、 テーブル固定手段と前記ステータを取り付けたベースと
   の間に、テーブル固定手段の回転を禁止してネジ送り方
   向の直動のみを許容する移動方向規制手段を配備したこ
   とを特徴とする垂直軸直動機構。
4. 【請求項４】 前記モータがサーボモータにより構成さ
   れていることを特徴とする請求項２または請求項３記載
   の垂直軸直動機構。
5. 【請求項５】 前記移動方向規制手段は、前記ベースに
   立設されたガイドピンと、これに嵌合するように前記テ
   ーブル固定手段の外周部に穿設された孔とによって構成
   されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求
   項３または請求項４記載の垂直軸直動機構。