(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の静圧流体案内装置では、可動体の直動時における支持体に対する滑り性を向上させるため、静圧流体案内機構に供給する油は高粘度のものが用いられているが、可動体の直動時に生じる動力が大きくなるという問題がある。可動体の直動時に生じる動力を小さくするためには、静圧流体案内機構に供給する油を低粘度のものにすればよいが、支持体に対する可動体の直動時における振動に対する減衰性が低下してしまい、静圧流体案内装置が工作機械に適用されている場合は、加工面性状の悪化が懸念される。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、支持体に対する可動体の直動時における消費電力を低減することができ、かつ振動に対する減衰性を高めることができる静圧流体案内装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
(請求項1)本手段に係る静圧流体案内装置は、可動体と、前記可動体を直動可能に支持する支持体と、前記可動体に設けられ、前記可動体の直動を案内する静圧流体案内機構と、前記可動体に設けられ、前記可動体に発生する振動を減衰する減衰機構と、を備え、前記減衰機構に供給される油が静水圧であ
り、前記減衰機構に前記油を供給する供給通路は、前記静圧流体案内機構に供給される前記油を内部還流して前記減衰機構に供給するものである。
【0007】
(請求項2
)また、前記減衰機構に供給された前記油を排出する排出通路は、大気開放されているようにしてもよい
。
【0008】
(請求項
3)また、前記静圧流体案内機構は、前記支持体側に凸状に形成された島部と、前記島部を囲むように前記支持体側に凸状に形成された枠部と、を備え、前記供給通路は、前記枠部から前記油を内部還流して前記減衰機構に供給するようにしてもよい。
(請求項4)また、可動体と、前記可動体を直動可能に支持する支持体と、前記可動体に設けられ、前記可動体の直動を案内する静圧流体案内機構と、前記可動体に設けられ、前記可動体に発生する振動を減衰する減衰機構と、を備え、前記減衰機構に供給される油が静水圧であり、前記減衰機構に前記油を供給する供給通路は、前記静圧流体案内機構から排出され、大気開放される前記油を前記減衰機構に供給するものである。
(請求項5)また、前記静圧流体案内機構は、前記支持体側に凸状に形成された島部と、前記島部を囲むように前記支持体側に凸状に形成された枠部と、を備え、前記供給通路は、前記島部から前記油を前記減衰機構に供給するものである。
(請求項6)また、可動体と、前記可動体を直動可能に支持する支持体と、前記可動体に設けられ、前記可動体の直動を案内する静圧流体案内機構と、前記可動体に設けられ、前記可動体に発生する振動を減衰する減衰機構と、を備え、前記減衰機構に供給される油が静水圧であり、前記減衰機構に前記油を供給する供給通路は、前記可動体の上部に設けられている案内面で使用され回収された前記油を供給するものである。
【発明の効果】
【0009】
(請求項1)静圧流体案内装置では、静圧流体案内機構に加え減衰機構を備えているので、静圧流体案内機構に供給する油を低粘度のものにしても、支持体に対する可動体の直動時における振動に対する高い減衰性を確保することができるとともに、可動体の直動時に生じる動力を小さくすることができる。また、従来のように油を加圧供給せずに、自然落下による静水圧で供給している。これにより静圧流体案内機構内の油圧の下降を抑制することができ、可動体の直動時における荷重支持に対する剛性をほぼ設計値として可動体を高精度に位置決めすることができる。
そして、減衰機構に供給される油は内部還流されるので、空気の巻き込みを防止することができ、可動体の振動に対する高い減衰性を確保することができる。
【0010】
(請求項
2)減衰機構内の油を排出する排出通路が大気開放されているので、余分な油による減衰機構内の油圧の上昇を抑制することができ、可動体の直動時における荷重支持に対する剛性をほぼ設計値として可動体をさらに高精度に位置決めすることができる。
【0012】
(請求項
3)供給通路は、油を溜める枠部に連通しているので、静圧流体案内機構内の油は、供給通路により減衰機構に効率的に内部還流されることになる。よって、静圧流体案内機構内の油圧の上昇を抑制することができ、可動体を高精度に位置決めすることができる。
(請求項4)静圧流体案内装置では、静圧流体案内機構に加え減衰機構を備えているので、静圧流体案内機構に供給する油を低粘度のものにしても、支持体に対する可動体の直動時における振動に対する高い減衰性を確保することができるとともに、可動体の直動時に生じる動力を小さくすることができる。また、従来のように油を加圧供給せずに、自然落下による静水圧で供給している。これにより静圧流体案内機構内の油圧の下降を抑制することができ、可動体の直動時における荷重支持に対する剛性をほぼ設計値として可動体を高精度に位置決めすることができる。減衰機構に油を供給する供給通路が大気開放されているので、余分な油による減衰機構内の油圧の上昇を抑制することができ、可動体の直動時における荷重支持に対する剛性をほぼ設計値として可動体をさらに高精度に位置決めすることができる。
(請求項5)供給通路は、油を絞る島部に連通しているので、静圧流体案内機構内の油は、供給通路により減衰機構に効率的に供給されることになる。よって、静圧流体案内機構内の油圧の上昇を抑制することができ、可動体を高精度に位置決めすることができる。
(請求項
6)供給通路は、可動体上部に設けられている案内面で使用され回収された油を供給するので、消費油量を削減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(1.研削盤の機械構成)
以下、本発明の静圧流体案内装置の実施形態を備えた研削盤について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の研削盤の一例として、軸状ワークの研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤を例に挙げて説明する。なお、トラバース方向をZ軸方向、トラバース方向と直角な水平方向をX軸方向、トラバース方向と直角な鉛直方向をY軸方向とする。
【0015】
図1に示すように、研削盤1は、ベッド10と、主軸台20と、心押台30と、砥石支持装置40と、静圧流体案内装置50(
図3参照)と、定寸装置60と、制御装置70等とから構成される。詳細は後述するが、静圧流体案内装置50は、油のスクイズ効果、すなわち静圧流体案内装置50と砥石支持装置40との間の距離が小さくなるとその間に存在する油の圧が上昇する効果を利用してベッド10上において砥石支持装置40のZ軸方向の移動を案内可能に構成されている。
【0016】
ベッド10は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド10の形状は矩形状に限定されるものではない。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が摺動可能な砥石台用Vガイドレール51a(本発明の「支持体」に相当する)および砥石台用平ガイドレール51b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。さらに、ベッド10の上面の砥石台用Vガイドレール51aおよび砥石台用平ガイドレール51b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砥石台用Z軸ボールねじ11cが配置され、この砥石台用Z軸ボールねじ11cを回転駆動する砥石台用Z軸モータ11dが配置固定されている。この砥石台用Z軸モータ11cには、砥石台用Z軸モータ11cの回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。
【0017】
主軸台20は、主軸台本体21と、主軸22と、主軸モータ23と、主軸センタ24等とを備えている。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、且つ砥石台用Vガイドレール51aおよび砥石台用平ガイドレール51b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の回転角の検出が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、軸状のワーク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。
【0018】
心押台30は、心押台本体31と、心押センタ32等とを備えている。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とワーク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、ワーク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。
【0019】
定寸装置60は、研削部位におけるワークWの外径を計測している。この定寸装置60により計測される信号は、制御装置70へ出力される。
制御装置70は、各モータを制御して、ワークWおよび砥石車43をZ軸回りに回転させ、且つ、ワーク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することにより、ワークWの外周面の研削を行う。
【0020】
図1および
図2に示すように、砥石支持装置40は、砥石台トラバースベース41と、砥石台42と、砥石車43と、砥石回転用モータ44等とを備えている。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の上面において砥石台用Vガイドレール51aおよび砥石台用平ガイドレール51b上を摺動可能に配置されている。すなわち、砥石台トラバースベース41の下面側には、砥石台用Vガイドレール51a上で摺動可能なVスライダ52a(本発明の「可動体」に相当する)および砥石台用平ガイドレール51b上で摺動可能な平スライダ52bが設けられている。
【0021】
Vスライダ52aは、三角柱状に形成され、砥石台用Vガイドレール51aに形成されている断面がV字状の溝511に沿って摺動可能に配置される。すなわち、Vスライダ52aには、V字溝511に沿って摺動可能なようにV字状に形成された2つの摺動面521が設けられている(
図3参照)。また、平スライダ52bは、直方体状に形成され、砥石台用平ガイドレール51bの平坦な上面512に沿って摺動可能に配置される。すなわち、平スライダ52bには、上平面512に沿って摺動可能なように平坦に形成された摺動面522が設けられている(
図3参照)。
【0022】
砥石台トラバースベース41は、砥石台用Z軸ボールねじ11cのナット部材に連結されており、砥石台用Z軸モータ11dの駆動により砥石台用Vガイドレール51aおよび砥石用平ガイドレール51bに沿って移動される。この砥石台用Z軸モータ11dには、砥石台用Z軸モータ11dの回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。
【0023】
この砥石台トラバースベース41の上面には、砥石台42が摺動可能な一対の砥石台用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。さらに、砥石台トラバースベース41の上面の一対の砥石台用X軸ガイドレール41a、41bの間には、砥石台42をX軸方向に駆動するための砥石台用X軸ボールねじ41cが配置され、この砥石台用X軸ボールねじ41cを回転駆動する砥石台用X軸モータ41dが配置されている。この砥石台用X軸モータ41dには、砥石台用X軸モータ41dの回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。
【0024】
砥石台42は、砥石台トラバースベース41の上面の一対の砥石台用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、砥石台用X軸ボールねじ41cのナット部材に連結されており、砥石台用X軸モータ41dの駆動により一対の砥石台用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(プランジ送り方向)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。
【0025】
この砥石台42には、砥石車回転軸部材45がZ軸回りに回転可能に支持されている。そして、この砥石車回転軸部材45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。砥石台42の上面には、砥石回転用モータ44が固定されている。砥石回転用モータ44の回転は、ベルト・プーリ機構46介して砥石車回転軸部材45に伝達され、砥石車43が回転駆動される。
【0026】
図2および
図3に示すように、静圧流体案内装置50は、可動体としてVスライダ52aと、支持体として砥石台用Vガイドレール51aと、Vスライダ52aに設けられ、Vスライダ52aの直動を案内する静圧流体案内機構53aと、Vスライダ52aに設けられ、Vスライダ52aに発生する振動を減衰する減衰機構54等とを備えている。
【0027】
図3に示すように、静圧流体案内機構53aは、Vスライダ52aの2つの摺動面521にそれぞれ設けられている。本例では、静圧流体案内機構53aは、各摺動面521の両端部側にそれぞれ設けられている。減衰機構54は、各摺動面521における一方の静圧流体案内機構53の近傍にそれぞれ設けられている。
【0028】
静圧流体案内機構53aは、砥石台用Vガイドレール51a側に凸となるように形成された矩形状の2つの島部81aおよびこの島部81aよりも小形状の2つの島部82aと、4つの島部81a、82aを囲むように砥石台用Vガイドレール51a側に凸となるように形成された枠部83aとを備えている。2つの島部81aは、Z軸方向に所定間隔をあけて並設され、2つの島部81aの間には、油が供給される供給口84が穿設されている。2つの島部82aは、X軸方向に所定間隔をあけて並設され、2つの島部82aの中央には、油が排出される排出口85がそれぞれ穿設されている。
【0029】
減衰機構54は、砥石台用Vガイドレール51a側に凸となるように形成された矩形状の2つの島部86と、2つの島部86を囲むように砥石台用Vガイドレール51a側に凸となるように形成された枠部87とを備えている。2つの島部86は、Z軸方向に所定間隔をあけて並設され、1つの島部86と枠部87との間には、油が供給される供給口88が穿設されている。
【0030】
なお、平スライダ52bの摺動面522の両端部側には、静圧流体案内機構53aとは異なる構成の静圧流体案内機構53bがそれぞれ設けられている。この静圧流体案内機構53bは、砥石台用平ガイドレール51b側に凸となるように形成された矩形状の島部81bと、島部81bを囲むように砥石台用平ガイドレール51b側に凸となるように形成された枠部83bとを備えている。
【0031】
(2.静圧流体案内装置に対する油の経路)
前述したように、静圧流体案内機構に低粘度の油を供給することにより、可動体の直動時における消費電力を低減することができるが、可動体の振動に対する減衰性が低下する。そこで、上述したように、本実施形態の静圧流体案内装置50には、静圧流体案内機構53aおよび減衰機構54が設けられており、砥石支持装置40の振動に対する減衰性を高めることができるとともに、砥石支持装置40の移動時に生じる動力を小さくすることができる。
【0032】
すなわち、静圧流体案内装置50は、静圧流体案内機構53aの島部81aと砥石台用Vガイドレール51aのV字溝511との間で油を絞って外部へ流出させるときのスクイズ効果により、Vスライダ52aの摺動面521と砥石台用Vガイドレール51aのV字溝511とを無接触状態にし、砥石台用平ガイドレール51b上でのVスライダ52aの移動時における荷重支持に対する剛性を得る機能を備えている。これにより、荷重支持に対する剛性を高めることができる。
【0033】
さらに、静圧流体案内装置50は、減衰機構54の島部86と砥石台用Vガイドレール51aのV字溝511との間で油を絞って外部へ流出させるときのスクイズ効果により、砥石台用平ガイドレール51b上でのVスライダ52aの移動時における振動に対する減衰性を得る機能を備えている。これにより、Vスライダ52aの移動時に発生するY軸回りの回転を抑制することができる。
【0034】
しかし、静圧流体案内機構53a内の油を効率的に排出しないと、静圧流体案内機構53a内の油圧が上がって砥石支持装置40に位置ずれが発生する場合がある。そこで、本実施形態の静圧流体案内装置50では、静圧流体案内機構53a内の油を外部へ排出する経路を設けるとともに、減衰機構54へ内部還流させる経路を設けている。
【0035】
一方、減衰機構54内の油圧が上がると静圧流体案内機構53a内の油圧が下がり、砥石支持装置40の移動時における荷重支持に対する剛性が設計値からずれて砥石支持装置40に位置ずれが発生する場合がある。そこで、本実施形態の静圧流体案内装置50では、従来のように油をポンプ等により加圧供給せずに、自然落下による静水圧で供給する経路を設けている。以下に、静圧流体案内装置50に対する油の経路について説明する。
【0036】
(3.静圧流体案内装置に対する第一形態の油の経路)
静圧流体案内装置50に対する油の経路の第一形態として、
図4A,Bに示すように、砥石支持装置40下方のベッド10内には、静圧流体案内装置50等から排出される油Yを貯留する油貯留槽91、および油貯留槽91内の油Yを静圧流体案内装置50等に加圧供給するポンプ92が設けられている。そして、砥石台トラバースベース41上における一対の砥石台用X軸ガイドレール41a、41bの間には、砥石台用X軸ガイドレール41a、41bに対する砥石台42の摺動面42a、42b(本発明の「案内面」に相当する)等から排出される油Yを回収した後、油貯留槽91等に排出する油回収部93が設けられている。
【0037】
砥石台トラバースベース41およびVスライダ52aの内部には、
ポンプ92から各静圧流体案内機構53aの供給口84に連通する油供給通路94が設けられている。また、Vスライダ52aの内部には、各静圧流体案内機構53aの排出口85からVスライダ52aの外部に出て油貯留槽91に連通する油排出通路95がそれぞれ設けられ、さらに静圧流体案内機構53aの排出口85から減衰機構54の供給口88に連通する油供給通路96が油排出通路95に分岐して設けられている。
【0038】
すなわち、
図4A,Bおよび
図5Aに示すように、油供給通路94は、Vスライダ52aの一端面からZ軸方向に延び、各静圧流体案内機構53aの供給口84の上方に達したところでY軸方向下方に折れ曲がって延びて各供給口84に連通するように設けられている。
【0039】
図4A,Bおよび
図5Bに示すように、油排出通路95は、各静圧流体案内機構53aの排出口85から斜め45度上方にそれぞれ延びてからVスライダ52aの各端面に向かってZ軸方向にそれぞれ折れ曲がって延び、Vスライダ52aの各端面に連通するようにそれぞれ設けられている。
【0040】
図4A,Bおよび
図5Cに示すように、油供給通路96は、隣接する静圧流体案内機構53aの油排出通路95の途中(Y軸方向上方に延びる部分)でZ軸方向に折れ曲がって延び、減衰機構54の供給口88の上方に達したところで斜め45度下方に延びて供給口88に連通するように設けられている。
【0041】
以上のように、油排出通路95および油供給通路96は、油Yを絞る島部82aに穿設された排出口85に連通しているので、静圧流体案内機構53a内の油Yは、油排出通路95により効率的に排出されるとともに、油供給通路96により減衰機構54に効率的に内部還流されることになる。よって、静圧流体案内機構53a内の油圧の上昇を抑制することができ、砥石支持装置40を高精度に位置決めすることができる。さらに、減衰機構54に供給される油Yは内部還流されるので、空気の巻き込みを防止することができ、砥石支持装置40の振動に対する高い減衰性を確保することができる。
【0042】
また、減衰機構54に供給される油Yは、油供給通路96におけるZ軸方向の折れ曲がり部分と減衰機構54の供給口88との間の高さH分の静水圧となる。さらに、油供給通路96は、Vスライダ52aの外部と連通する油排出通路95から分岐されているので、大気開放されていることになる。よって、余分な油Yによる減衰機構54内の油圧の上昇を抑制して静圧流体案内機構53a内の油圧の下降を抑制することができ、砥石支持装置40の移動時における荷重支持に対する剛性をほぼ設計値として砥石支持装置40を高精度に位置決めすることができる。
【0043】
(4.静圧流体案内装置に対する第二形態の油の経路)
静圧流体案内装置50に対する油の経路の第二形態として、
図4A,Bに対応させて示す
図6A,Bを参照して説明する。なお、
図4A,Bに示す砥石支持装置40および静圧流体案内装置50の部材と同一部材は同一番号を付してそれらの説明を省略する。
図6A,Bに示すように、ポンプ92は、油貯留槽91内の油Yを静圧流体案内装置50等に加圧供給可能に、且つ砥石支持装置40にも加圧供給可能に設けられている。そして、油回収部93は、回収した油Yを油貯留槽91に排出可能に、且つ減衰機構54の供給口88に供給可能に設けられている。
【0044】
よって、第一形態の油排出通路95に分岐した油供給通路96は設けられておらず、油回収部93から減衰機構54の供給口88に連通する油供給通路97が設けられている。すなわち、
図6A,Bおよび
図7Cに示すように、油供給通路97は、油回収部93からY軸方向下方に延びて供給口88に連通するように設けられている。なお、減衰機構54に供給される油Yは、油回収部93と減衰機構54の供給口88との間の高さHh分の静水圧となる。以上の第二形態の油の経路を備えた静圧流体案内装置50によっても、第一形態の油の経路を備えた静圧流体案内装置50と同様の効果を奏する。
また、油供給通路
97は、砥石台用X軸ガイドレール41a、41bに対する砥石台42の摺動面42a、42bで使用され回収された油Yを供給するので、消費油量を削減することができる。
【0045】
(5.静圧流体案内装置の別形態)
上述した第一形態の油の経路を備えた静圧流体案内装置50は、油Yを静圧流体案内機構53aに供給した後、静圧流体案内機構53aから排出するとともに減衰機構54に供給する構成とした。しかし、油Yを静圧流体案内機構に供給した後、静圧流体案内機構から減衰機構に供給し、その後に減衰機構から排出する構成としてもよい。
【0046】
この一例として、
図8Aを参照して説明する。なお、
図8Aに示す静圧流体案内機構101および減衰機構102において、
図3に示す静圧流体案内機構53aおよび減衰機構54の部材と同一部材は同一番号を付す。この静圧流体案内機構101には、上述した静圧流体案内機構53aに設けた小形状の2つの島部82aおよび排出口85は設けず、減衰機構102には、上述した減衰機構54に設けた供給口88を設けずに排出口103を設ける。そして、この排出口103に連通する大気開放された油排出通路104を設ける。この構成によっても、静圧流体案内機構101の油を溜める枠部105内から減衰機構102の油を溜める枠部106内へ油Yを内部還流して供給することができるので、静圧流体案内機構101内の油圧の上昇を抑制することができ、砥石支持装置40を高精度に位置決めすることができる。
【0047】
また、別例として、
図8Aに対応させて示す
図8Bを参照して説明する。
図8Bに示すように、減衰機構111には枠部106を設けず、静圧流体案内機構113および減衰機構111を囲む枠部114を設ける。この構成によっても、静圧流体案内機構113の油を溜める枠部105内から油Yを内部還流して減衰機構111に供給することができるので、静圧流体案内機構113内の油圧の上昇を抑制することができ、砥石支持装置40を高精度に位置決めすることができる。
【0048】
(6.その他)
なお、上述した各実施形態では、減衰機構54、102の枠部87、106と島部86とは間に溝を介する別体として設けたが、
図9に示すように、減衰機構115の枠部116と島部117とを一部で一体化して設けてもよい。
また、静圧流体案内機構53a、101、113および減衰機構54、102、111は、Vスライダ52aの各摺動面521に設ける構成としたが、一方の摺動面521に設ける構成としてもよい。
また、静圧流体案内機構53a、101、113および減衰機構54、102、111に設ける島部81a、82a、86は任意の数を設けることができる。ただし、大きな島を1つだけ設ける場合、Vスライダ52aが浮き上がらない大きさにする必要がある。
また、静圧流体案内装置50を研削盤1の2面拘束を用いた案内支持装置に適用する場合について説明したが、4面拘束や6面拘束の案内支持装置にも適用可能である。また、研削盤1に限定されず、案内支持装置を備えた機械であれば静圧流体案内装置50を適用可能である。