JPH11347866A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワーク加工時においてヘッドに作用する反力
に起因したコラムの撓みを抑制し、ワークを精度良く加
工することが可能な工作機械を提供すること。 【解決手段】 ワークＷを回転可能に保持する主軸ヘッ
ド１７は、コラム１２に往復直線移動機構（１３，１
４、１８等）を介して保持されている。往復直線移動機
構（１３，１４、１８等）を駆動する昇降用モータ１９
は、ベッド１１上においてコラム１２とは別個に設けら
れた支持フレーム４１によって支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、研削盤等
の工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４においては従来の平面研削盤を示
す。すなわち、コラム６１はベッド６２上に立設されて
いる。ガイドレール６３はコラム６１の前面において上
下方向に敷設されている。スライドプレート６４は前記
ガイドレール６３に係合されており、コラム６１に支持
された昇降用モータ６５の駆動によって昇降可能であ
る。主軸ヘッド６６はスライドプレート６４に固定され
ている。主軸６７は主軸ヘッド６６に保持され、ワーク
用モータ６８の駆動によって回転可能である。ワークＷ
は主軸６７の下端に設けられたワークチャック６９を介
して固定されている。円テーブル７０はベッド６２上に
おいて回転可能に設けられており、その上面には砥石面
７１が形成されている。

【０００３】そして、ワークＷを回転させつつ主軸ヘッ
ド６６を下降させ、ワークＷの被研削面を回転される円
テーブル７０の砥石面７１に対して押し付けることによ
り研削処理がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記主軸ヘ
ッド６６はコラム６１によって片持ち支持されている。
従って、前述したワークＷの砥石面７１に対する押し付
けや研削抵抗等の反力によってコラム６１に曲げモーメ
ントが作用される。このため、コラム６１が撓んで砥石
面７１とワークＷの被研削面との位置関係がずれ、被研
削面を正確に加工することができず、ワークＷに精度が
要求される場合に不適当であった。

【０００５】本発明は上記従来技術に存在する問題点に
着目してなされたものであって、その目的は、ワーク加
工時においてヘッドに作用する反力に起因したコラムの
撓みを抑制し、高精度加工を実行することが可能な工作
機械を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明では、ベッド上に固定されたコラム
と、コラムに往復直線移動機構を介して支持され、工具
或いはワークを保持するためのヘッドと、前記ベッド上
に固定された支持フレームと、支持フレームにより支持
され、前記往復直線移動機構に連結されて前記ヘッドを
往復直線移動させる移動力付与手段とを備えた工作機械
である。

【０００７】請求項２の発明では、前記移動力付与手段
と往復直線移動機構とは、ヘッドの移動方向線に沿って
直線的に連結されている。請求項３の発明では、前記移
動力付与手段は支持フレームにスライド移動機構を介し
て支持され、前記ヘッドの移動に連動して同方向へスラ
イド移動可能に構成されている。

【０００８】（作用）上記構成の請求項１の発明におい
ては、移動力付与手段により往復直線移動機構が駆動さ
れてヘッドが移動され、ワークの加工がなされる。

【０００９】ここで例えば、工具とワークとが当接され
た際、その反力がヘッドに作用される。しかし、コラム
は単にヘッドを往復直線移動可能に保持するのみで、ヘ
ッドを反力に対抗させているのは移動力付与手段であ
る。そして、移動力付与手段はベッド上においてコラム
とは別個に設けられた支持フレームによって支持されて
いる。このため、コラムに対して前記反力に起因した曲
げモーメントが作用されることはない。

【００１０】ところで、前記反力はヘッドの移動方向と
反対側に向かって作用される。そこで請求項２の発明に
おいては、前記移動力付与手段と往復直線移動機構と
が、ヘッドの移動方向線に沿って直線的に連結されてい
る。従って、前記ワーク加工時の反力は、往復直線移動
機構において集中されることなく直接的に支持フレーム
に伝達される。

【００１１】つまり、例えば、往復直線移動機構と移動
力付与手段との連結部分が屈曲していた場合、この屈曲
部分において反力が集中し、往復直線移動機構がこじれ
る等の問題が生じる。従って、この往復直線移動機構の
こじれ等によってコラムに曲げモーメントが作用されて
しまう。また、往復直線移動機構と移動力付与手段との
連結部分が直線的であっても、それがヘッドの移動方向
線に対して傾斜されていれば、傾斜方向に分力が作用し
て同様にこの連結部分に反力が集中し易く、前記と同様
な問題が生じる。

【００１２】請求項３の発明においては、前記移動力付
与手段は支持フレームにスライド機構を介して支持され
ており、ヘッドが多軸方向へ移動されても連動可能であ
る。従って、ヘッドがいずれの移動位置にあっても、移
動力付与手段は往復直線移動機構を駆動可能である。言
い換えれば、本発明は、ヘッドが多軸方向へ移動される
タイプの工作機械においても容易に具体化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の工作機械を研削盤
に具体化した第１及び第２実施形態について説明する。
なお、第２実施形態において第１実施形態と同一又は相
当する部材には同じ番号が付してある。

【００１４】（第１実施形態）図１は本実施形態の平面
研削盤を示す斜視図であり、直方体形状をなすベッド１
１は工場等の床面に載置されている。同じく直方体形状
をなすコラム１２はベッド１１上面において後方側に立
設されている。一対のガイドレール１３はコラム１２の
前面に敷設され、同前面の上下方向に平行配置されてい
る。スライドプレート１４はその裏面四隅（図面には右
方の一対のみが表れる）に脚部１５を有している。スラ
イドプレート１４は脚部１５にそれぞれ凹設されたガイ
ド溝１５αを以ってガイドレール１３にスライド移動可
能に係合されている。連結部１６はスライドプレート１
４の裏面に設けられており、連結部１６にはネジ孔１６
αが上下方向へ貫通形成されている。そして、ワークＷ
を回転可能に保持するための主軸ヘッド１７は、前記ス
ライドプレート１４の表面側に固定されている。

【００１５】上下送りネジ棒１８は、前記ガイドレール
１３と同方向に延び、その上端が移動力付与手段である
昇降用モータ１９のギアボックス１９αに連結されてい
る。上下送りネジ棒１８は、その下端部が前記スライド
プレート１４のネジ孔１６αに螺通されている。従っ
て、前記主軸ヘッド１７は昇降用モータ１９の駆動によ
り、ガイドレール１３に沿って上下方向へ往復直線移動
可能である。つまり、本実施形態においては、前記ガイ
ドレール１３、スライドプレート１４（脚部１５、連結
部１６）及び上下送りネジ棒１８等により往復直線移動
機構が構成されている。

【００１６】前記主軸ヘッド１７について詳述すると、
図１及び図２に示すように上下方向に開放された円筒空
間２１αを有する主軸ホルダ２１は、前記スライドプレ
ート１４の前面に固定されている。主軸２２は円柱状を
なし、前記主軸ホルダ２１の円筒空間２１α内に挿入配
置されている。上下方向に延びる軸受け用空間２３は、
図示しないが前記主軸ホルダ２１において円筒空間２１
αの内壁面に等間隔で複数が凹設されている。軸受け用
間隙２３内には、オイルポンプＰ及び絞り２４αを有す
る管路２４を介してオイルが注入される。従って、この
オイルが主軸２２と円筒空間２１αの内壁面との間に介
在され、この流体軸受け構成によって主軸２２は主軸ホ
ルダ２１に回転可能に受けられている。ワークチャック
２５は前記主軸２２の下端部に設けられ、例えば、図示
しないバキューム等を用いたエアー吸着によってワーク
Ｗを着脱可能に保持する。

【００１７】略円筒状をなすモータブラケット２６は、
前記主軸ホルダ２１の上部において円筒空間２１αの開
口を取り囲むようにして固定されている。ワーク用モー
タ２７は電動モータよりなり、モータブラケット２６の
上端部に固定されている。連結軸２８は前記モータブラ
ケット２６内に配置され、その上端部は前記ワーク用モ
ータ２７の駆動軸にカップリング２９を介して連結され
ている。また、連結軸２８の下端部は、前記主軸２２の
センタ穴２２αに挿入配置されている。

【００１８】スプリング受け３０はそのボス部３０αを
以って前記主軸２２のセンタ穴２２αに挿入固定されて
いる。自重受け用スプリング３１は、スプリング受け３
０と前記連結軸２８の先端部に周設されたカラー２８α
との間に介在されている。前記主軸２２、ワークチャッ
ク２５及びワークＷ等が、自重受け用スプリング３１を
介して連結軸２８に支持されている。加圧用スプリング
３２は前記スプリング受け３０とモータブラケット２６
との間に介在され、スプリング受け３０を介して主軸２
２を下方に付勢している。

【００１９】そして、ガイド溝３３は前記スプリング受
け３０のボス部３０α内壁面において上下方向に凹設さ
れており、ガイド溝３３はボス部３０α内壁面の周方向
に等間隔で複数が配置されている。複数のボール収容凹
部３４は各ガイド溝３３に対応して、前記連結軸２８の
外周面に凹設されている。そして、ボール３５は前記ガ
イド溝３３及びボール収容凹部３４の溝幅程度の直径を
有し、ガイド溝３３と対応するボール収容凹部３４との
間に渡って挿入配置されている。従って、前記主軸２２
と連結軸２８は、ガイド溝３３及びボール収容凹部３４
の内側壁がボール３５によって係止され、相対回転不能
である。また、主軸２２と連結軸２８は、上下方向に延
びるガイド溝３３によってボール３５が案内されて軸線
Ｌ方向に相対移動可能である。

【００２０】図１に示すように、円テーブル３６は、ベ
ッド１１上面において前方側に配置されている。円テー
ブル３６は、ベッド１１内に配設されたテーブル用モー
タ３７によって軸心３６αを中心として回転される。工
具としての砥石面３８は、円テーブル３６の上面におい
て幅広円環状に形成されている。なお、円テーブル３６
の回転方向は、前記ワークＷの回転方向に対して逆方向
である。また、円テーブル３６の軸心３６αは、前記ワ
ークＷの回転中心、つまり軸線Ｌに対して偏心されてい
る。

【００２１】さて、本実施形態においては、支持フレー
ム４１がコラム１２とは別個にベッド１１上に立設され
ており、支持フレーム４１によって前記昇降用モータ１
９が支持されている。すなわち、支持フレーム４１は、
前記昇降用モータ１９を支持するモータフレーム４２
と、モータフレーム４２をコラム１２の直上位置に配置
させるための支持脚４３とを備えている。支持脚４３は
コラム１２の上面四隅にそれぞれ立設され、モータフレ
ーム４２の裏面四隅をそれぞれ支持している。このよう
に支持フレーム４１とコラム１２との間には支持関係、
つまり、一方が他方に支持される関係が存在しない。

【００２２】次に、上記構成の平面研削盤の作用につい
て説明する。例えば、シリコンウエハ等の薄板状をなす
ワークＷは、ワークチャック２５によって保持固定され
る。この状態でワーク用モータ２７によりワークＷを回
転させつつ、昇降用モータ１９の駆動によって主軸ヘッ
ド１７を円テーブル３６に向けて下降させる。この時、
円テーブル３６はテーブル用モータ３７によって回転駆
動されており、主軸ヘッド１７とともに下降されたワー
クＷはその被研削面を以って砥石面３８に押し付けられ
る。従って、被研削面が砥石面３８によって研削処理さ
れる。

【００２３】さて、前記ワークＷを砥石面３８に押し付
けた際、主軸ヘッド１７及びスライドプレート１４には
押し付け力や研削抵抗等に起因した反力が軸線Ｌに沿っ
て上向きに作用される。ここで前記コラム１２はスライ
ドプレート１４を上下方向へ移動可能に保持しているに
すぎず、スライドプレート１４を前記反力に対抗させて
いるのは上下送りネジ棒１８及び昇降用モータ１９を支
持する支持フレーム４１である。従って、前記スライド
プレート１４に作用される反力は、上下送りネジ棒１８
を介して支持フレーム４１により受けられる。その結
果、同反力に起因した曲げモーメントがコラム１２に作
用されることは殆どなく、コラム１２の撓みを防止でき
る。

【００２４】上記構成の本実施形態においては次のよう
な効果を奏する。 （１）コラム１２と支持フレーム４１とは互いの支持関
係無くベッド１１上に設けられており、押し付け力や研
削抵抗等の反力に起因してコラム１２に曲げモーメント
が作用されることが殆どない。従って、コラム１２の撓
みに起因したワークＷの被研削面と砥石面３８との位置
関係のずれを防止できる。その結果、ワークＷを精度良
く加工できる。

【００２５】（２）スライドプレート１４は、その移動
方向線（軸線Ｌ）に沿って延びる上下送りネジ棒１８を
介してモータフレーム４２に直線的に連結されている。
従って、主軸ヘッド１７が研削時に受ける反力は上下送
りネジ棒１８を介して直接的に支持フレーム４１に伝達
され、前記（１）の効果が相乗して奏される。

【００２６】（第２実施形態）図３においては第２実施
形態を示す。本実施形態において主軸ヘッド１７は、多
軸（二軸）方向へ移動可能に構成されている。すなわ
ち、一対の第１のガイドレール４５はコラム１２の前面
に敷設され、左右方向に平行配置されている。第１のス
ライドプレート４６はその裏面四隅（図面には右方の一
対のみが表れる）に脚部４７を有し、脚部４７に形成さ
れたガイド溝４７αを以って第１のガイドレール４５に
スライド移動可能に係合されている。連結部４８は第１
のスライドプレート４６の裏面に設けられており、連結
部４８にはネジ孔４８αが左右方向へ貫設形成されてい
る。そして、移動力付与手段としての横行用モータ４９
は、モータフレーム５０を介して支持フレーム５３の支
持脚５４に固定されている。

【００２７】左右送りネジ棒５１は第１のガイドレール
４５と同方向に配置され、その図面右端部は横行用モー
タ４９の駆動軸に連結されている。また、左右送りネジ
棒５１の図面左端は前記第１のスライドプレート４６の
ネジ孔４８αに螺通されている。従って、前記横行用モ
ータ４９の駆動により、第１のスライドプレート４６は
第１のガイドレール４５に沿って左右方向（水平方向）
へ往復直線移動可能である。前記第１のガイドレール４
５、第１のスライドプレート４６（脚部４７、連結部４
８）及び左右送りネジ棒５１等によって第１の往復直線
移動機構が構成されている。

【００２８】上記第１実施形態の往復直線移動機構と同
様な構成の第２の往復直線移動機構（１３、１４、１８
等）は、前記第１のスライドプレート４６の前面に設け
られている。主軸ヘッド１７は、前記第１の往復直線移
動機構及び第２の往復直線移動機構（１３、１４、１８
等）を介してコラム１２に支持されている。なお、他の
部材との判別を容易とするために、第２の往復直線移動
機構（１３、１４、１８等）の「スライドプレート１
４」を「第２のスライドプレート１４」と呼び代える。

【００２９】スライド移動機構５２は、支持フレーム５
３の支持脚５４とモータフレーム５５との間に介在され
ている。すなわち、スライド移動機構５２は、ベッド１
１上において四本の支持脚５４（一本は図面に表れな
い）により支持されたガイドフレーム５６と、ガイドフ
レーム５６の前面に敷設され、左右方向に平行配置され
た一対の第３のガイドレール５７とを備えている。そし
て、側面略「Ｌ」字状をなすモータフレーム５５は、そ
の背面四隅（一つは図面に表れない）に脚部５８を有
し、脚部５８にそれぞれ凹設されたガイド溝５８αを以
って前記第３のガイドレール５７に係合されている。

【００３０】一対の連動板５９は、モータフレーム５５
においてその前方側に固定され、先端部に曲折されたホ
ルダ部５９αを以って、ワーク用モータ２７のハウジン
グ外周を取り囲むようにして配置されている（両者５
９，２７に固定関係はない）。従って、第１のスライド
プレート４６の左右方向への移動の際に、ワーク用モー
タ２７が左右いずれかの連動板５９を押動し、前記モー
タフレーム５５は第１のスライドプレート４６と同方向
へ連動して移動される。

【００３１】本実施形態においても上記第１実施形態と
同様に、ワークＷの砥石面３８に対する押し付け力や研
削抵抗等に起因して第２のスライドプレート１４に対し
て上下方向に作用する反力が支持フレーム５３によって
受けられてコラム１２の撓みを抑制できる他、次のよう
な効果をも奏する。

【００３２】（１）ワークＷを砥石面３８に対して押し
付け、主軸ヘッド１７を横行させた際に第１のスライド
プレート４６に対して左右方向に作用する反力は、左右
送りネジ棒５１を介して支持フレーム５３（支持脚５
４）で受けられる。従って、同反力に起因したコラム１
２の撓みを抑制して、さらにワークＷを精度良く加工で
きる。

【００３３】（２）第１のスライドプレート４６は、そ
の移動方向線に沿って延びる左右送りネジ棒５１を介し
て支持脚５４に直線的に連結されている。従って、主軸
ヘッド１７が研削時に受ける左右方向への反力は、左右
送りネジ棒５１を介して直接的に支持フレーム５３に伝
達され、前記（１）の効果が相乗して奏される。

【００３４】（３）昇降用モータ１９は、スライド移動
機構５２を介して支持フレーム５３により支持されてい
る。従って、主軸ヘッド１７が、第１及び第２の往復直
線移動機構により多軸（二軸）方向へ移動される構成の
平面研削盤に本発明を容易に具体化できた。

【００３５】（４）モータフレーム５５に設けられた連
動板５９により、モータフレーム５５を主軸ヘッド１７
の左右方向への移動に連動可能とした。従って、モータ
フレーム５５の左右方向への移動のために独立した駆動
手段を必要とせず、安価にスライド機構５２を構成でき
る。また、モータフレーム５５の左右方向への移動の際
に、上下送りネジ棒１８に過大な負荷が作用されること
を防止できる。つまり、連動板５９構成が無いと、上下
送りネジ棒１８がモータフレーム５５に対してその左右
方向への移動力を伝達する役目を果たさなければならな
いからである。

【００３６】なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で
以下の態様でも実施できる。 （１）上記実施形態において工作機械は研削盤に具体化
されていた。しかし、これに限定されるものではなく、
旋盤、中グリ盤、ボール盤、平削り盤・形削り盤、フラ
イス盤、ノコ盤等において具体化しても良い。

【００３７】（２）上記実施形態においてワークＷは主
軸ヘッド１７側に保持されていたが、ワークＷが円テー
ブル３６側に固定され、主軸ヘッド１７側に砥石車が固
定される構成の平面研削盤において具体化しても良い。

【００３８】（３）主軸ヘッド１７及び主軸ヘッド１７
に対向される下部ヘッド（支持体）にそれぞれ砥石車を
回転可能（同軸上）に配置し、両砥石車間においてワー
クＷを挟持して研削するタイプの研削盤において具体化
しても良い。

【００３９】（４）上記実施形態においてテーブルは、
回転運動される円テーブル３６であったが、これを変更
し、例えば、別例（２）においてテーブルが直線往復運
動される角テーブルに具体化しても良い。

【００４０】（５）上記実施形態の平面研削盤は、所
謂、砥石車の端面を用いてワークＷの研削を行うタイプ
のものであったが、これを変更し、砥石車の外周でワー
クＷを研削するタイプの平面研削盤に具体化しても良
い。

【００４１】（６）上記実施形態において第１及び第２
の往復直線移動機構は、所謂、ネジ棒１８，５１・ネジ
孔１６α，４８α構成によってスライドプレート１４，
４６を移動させるものであった。しかし、これに限定さ
れるものではなく、例えば、ラック・ギア（ピニオン，
ウオーム）構成等の他の直線往復移動機構としても良
い。

【００４２】（７）油圧シリンダや空気圧シリンダ等の
流体圧シリンダによってスライドプレート１４，４６を
往復直線移動可能としても良い。この場合、シリンダが
支持フレームによって支持され、そのロッドがスライド
プレートに連結される。

【００４３】（８）ワークチャック２５はエアー吸着に
よりワークＷを着脱可能に保持する構成であったが、こ
れを変更し、磁力によってワークＷを吸着する電磁チャ
ックに具体化しても良い。また、ワークチャック２５を
クランプ金具とし、ワークＷをクランプ保持するように
構成しても良い。

【００４４】（９）上記第２実施形態において連動板５
９を削除し、モータフレーム５５の横行用に専用の電動
モータ等の駆動手段を設けること。この場合、駆動手段
と横行用モータ４９とが同調されるように制御手段を介
在させると良い。

【００４５】上記実施形態から把握できる技術的思想に
ついて記載する。ベッド１１上に設けられたコラム１２
と、コラム１２に往復直線移動機構（１３，１４，１８
等）を介して支持され、砥石車（３８）又はワークＷを
回転可能に保持するためのヘッド１７と、ヘッド１７に
設けられ、ヘッド１７の砥石車（３８）又はワークＷを
回転駆動する駆動手段２７と、前記ベッド上に設けられ
た支持フレーム４１と、支持フレーム４１により支持さ
れ、前記往復直線移動機構（１３，１４，１８等）に連
結されて前記ヘッド１７を往復直線移動させる移動力付
与手段１９と、前記ヘッド１７の移動方向線上に配置さ
れ、ヘッド１７の砥石車（３８）に対向してワークＷ或
いは、ヘッド１７のワークＷに対向して砥石車（３８）
を配置させるテーブル３６とを備えた平面研削盤。

【００４６】このようにすれば、ワークＷを精度良く加
工できる。

【００４７】

【発明の効果】上記構成の請求項１の発明によれば、ワ
ークを精度良く加工することが可能となる。

【００４８】請求項２の発明によれば、請求項１の効果
が相乗して奏される。請求項３の発明によれば、ヘッド
が多軸方向へ移動されるタイプの工作機械において本発
明を容易に具体化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 平面研削盤の斜視図。

【図２】 主軸ヘッドの縦断面図。

【図３】 第２実施形態の平面研削盤を示す斜視図。

【図４】 従来の平面研削盤を示す側面図。

【符号の説明】 １２…コラム、１３…往復直線移動機構を構成するガイ
ドレール、１４…同じくスライドプレート、１７…ヘッ
ドとしての主軸ヘッド、１８…往復直線移動機構を構成
する上下送りネジ棒、１９…移動力付与手段としての昇
降用モータ、４１…支持フレーム、Ｗ…ワーク。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベッド上に固定されたコラムと、コラム
   に往復直線移動機構を介して支持され、工具或いはワー
   クを保持するためのヘッドと、前記ベッド上に固定され
   た支持フレームと、支持フレームにより支持され、前記
   往復直線移動機構に連結されて前記ヘッドを往復直線移
   動させる移動力付与手段とを備えた工作機械。
2. 【請求項２】 前記移動力付与手段と往復直線移動機構
   とは、ヘッドの移動方向線に沿って直線的に連結されて
   いる請求項１に記載の工作機械。
3. 【請求項３】 前記移動力付与手段は支持フレームにス
   ライド移動機構を介して支持され、前記ヘッドの移動に
   連動して同方向へスライド移動可能に構成されている請
   求項１又は２に記載の工作機械。