JPS5926814B2 - ダンパ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、工作機械、計測機械等のボールねじ等を使
つた高精度なテーブル送り装置に係り、特に粘性流体の
スクイズフイルム効果を利用して静的な精度を低下させ
ることなく動的な剛性を向上させるためのダンパー装置
を具備したテーブル送り装置に関するものである。

一般に、高精度の切込み動作を行う工作機械や被測定物
寸法の測定を行う計測器のテーブル等はねじ機構による
回転動一直進動変換機構を利用した送りねじ手段によつ
て移動させられる。

そして、このテーブル等に用いられる案内面は摺動抵抗
が小さい方が望ましく、そのため静圧軸受や転がり案内
がよく採用されている。又、上記変換機構も摩擦や摩耗
を少なくし変換効率を向上させため静圧流体を利用した
静圧ねじや転動ボールを利用したボールねじ等が採用さ
れている。これらの結果、静的な精度は向上し高精度の
送りは可能となつたが、動的な剛性の低下は避けられず
、びびり振動の発生等の新たな問題が生じてきた。

本発明は上記問題に鑑み、開発したもので、静的な精度
を確保するために、静圧ねじ、ボールねじ及び転がり案
内を採用すると共に、上記静的な精度を低下させること
なく動的な剛性を確保するためにダンパー要素を負荷し
たテーブル送り装置を提供せんとするもので、特に、不
動のベツド（或いは軸方向に不動のねじ軸）と摺動移動
するテーブルとの間でタソパ一機能を発揮するダンパー
装置を開発し、当該ダンパー装置を一体に組み込んだテ
ーブル送り装置を提供せんとするものである。

従米から、摺動方向のダンパー装置として工作機械等の
テーブルに一般的に用いられているものの一例を第１図
及び第２図に示Ｊ。

これはテーブル５と共に相対移動するピストン１とシリ
ンダ２との径方向のすきま、あるいはピストン１の軸方
向にあけた細孔４を流れる流体３の粘性抵抗によつて、
ダンピング効果を得ている。ところで、この種の在来型
の粘性ダンパーには、次のような問題がある。（イ）シ
リンダ２内に流体（非圧縮性）３が充満していなければ
ならない。

空気等の圧縮性流体（例えば気泡）が特にシリンダ２の
右側の室に混在していると、強力なダンヒソグ効果は期
特出米な（・。（ロ）シリンダ２の一方の端は必ず剛体
状に閉じていなければならない。

すなわち、第２図に示すような構造をとることはピスト
ンロツドのシール部の剛性不足（ないしはシール部より
の洩れ）のため、一般には困難である。従つて第１図に
示す如くシリンダー２の一端を開放し、テーブル５の摺
動に伴う油の流動を調整するための油溜を取付けなけれ
ばならない。ヒラ テーブル５を急速に移動させようと
するとき（例えば工作機械のテーブルの無負荷早送りの
ようなとき）、ダンパーの抵抗のため非常に大きな駆動
力を必要とする。

本発明のテーブル送り装置に組み込まれるダンパー装置
は、従来のダンパー装置の上記欠点に鑑み、不動のベツ
ド（或いは軸方向に不動のねじ軸）と工作機械のテーブ
ル等とのように相対的に移動する２部材間に配されるこ
とを前提にテーブルが静的に移動しているときは何んら
抵抗とならず、動的な振動的負荷変動が加わつたときに
のみ、ダンパー機能を発揮するもので、既に述べた如く
、油膜によるスクイズフイルム効果を利用するために、
テーブルの送りねじ手段の送りねじ軸部材の一部に送り
ねじ軸部材と螺合するナツト部材のリードピツチと同一
のダンパー用の螺旋状の突出部を設け、この螺旋状の突
出部を軸方向に均一な所定すきまを持つて囲むナツト部
材のリードピツチと同一の螺旋状の溝を内周に有する中
空外側部材をテーブル側に固設して螺旋状の溝内に螺旋
状の突出部を位置させたときに形成される密閉室内に粘
性油を封入して構成した第１のダンパー装置と、更にダ
ンパー効果を高めるために必要に応じて設けられる送り
ねじ軸部を有する軸部材の端部に構成した第２のダンパ
ー装置とよりなるものである。

以下、上述のダンパー装置を組み込んだこの発明におけ
るテーブル送り装置の構成を第３図乃至第６図に示す実
施例に従つて説明すると次の通りである。尚実施例は、
この発明に係る第１と第２の２つのダンパー装置を組み
合わせた場合で、第３図として、テーブル上に工作物を
取付け、工具によつて加工する場合を示す。

同図において、１１はテーブル、１２ぱテーブル上の工
作物、１３は工作物１２を加工するための王具、１４は
ボールスライド、１５は送りねじ軸と噛み合うテーブル
１１側に固定されたナツト部材である。テーブル１１は
、転がり案内するボールスライド１４によつて支持され
、かつ、案内されて摺動する。テーブル１１の駆動は、
一対のベアリング１７，１７によつて支持された軸部材
の送りねじ軸部（ボールねじ、静圧ねじ等）１６によつ
て行われる。送りねじ軸部１６を一部に有する軸部材に
は、パルスモータ等の駆動源１９により減速装置１８等
を介して回転が与えられる。図面中作物１２に付した記
号は、加エカの摺動方向成分をあられし、通常、この系
のダンピングが小さいときは振動成分が大きく含まれて
いる。この発明は、以下に述べる第１のダンパー装置Ｃ
１と第２のダンパー装置Ｃ２によつて上記の振動成分の
減少と除去をはかろうとするものである。而して第１の
ダンパー装置Ｃ１は、送りねじ軸部１６と、この送りね
じ軸部１６と同一のリードピツチを有する螺旋状の突出
部２１を一部に有するロツド部２０とを備え、かつ、べ
ッド２７上に回転自在に支持された軸部材と、上記螺旋
状の突出部２１を囲む如く、内周に上記螺旋状の突出部
２１と同一のリードピツチの螺旋状の溝が設けられ、且
つ、テーブル１１に固定された中空外側部材２２とで以
て構成されている。２３は螺旋状の突出部２１、中空外
側部材２２並びに中空外側部材２２とロツド部２０との
間に設けたシール部材３１，３２によつて形成される密
閉室内に封入された高粘度で、かつ、非圧縮性に富む流
体、例えばシリコン油である。

本発明で用いるシリコン油はいわば水飴のようなもので
あるから、螺旋状の突出部２１と溝とのすきま内のシリ
コン油は突出部と溝の夫々の表面に粘着しており、突出
部が回転するとシリコン油はすきまの中間面で剪断され
、特に突出部側のシリコン油は突出部に粘着した状態で
粘着移動する。又、中空外側部材２２は内部に油移動用
のバイパス通路２２″を有している。ところで、螺旋状
の突出部２１、送りねじ軸部１６および螺旋状の溝は同
一のリードピツチなるため、螺旋状の突出部２１の回転
と中空外側部材２２の移動のタイミングは合つており、
その結果、螺旋状の突出部２１と溝とは均一なスキマを
保つて相対的に移動する。上記の中空外側部材２２のバ
イパス通路２２７は螺旋状の突出部が螺旋状の溝内で相
対的に移動する際、突出部が侵人する側の溝内の粘性油
を他側の溝内に移動させるための通路であつて、このバ
イパス通路によつてねじ送り手段によるテーブル送りを
円滑に行わせている。第２のダンパー装置Ｃ２は、軸部
材のロツド部２０の開放端側に配され、ロツド部２０の
端部を膨大化した大径部２４と、この大径部２４を囲み
、ベツド２７側に固定されたシリンダー部材２５と、ロ
ツド部２０とシリンダー部材２５との間に配したシール
部材３３と、これらの間に封人された高粘度で、かつ、
非圧縮性に富む流体、例えば高粘度のシリコン油２６と
で構成されている。螺旋状の突出部２１と中空外側部材
２２の螺旋状の溝とのすきま、及びロツド部２０の端部
の膨大化した大径部２４の外表面とシリンダー部材２５
の内壁面間、特にロツド部２０の大径部２４の終端面と
シリンダー部材２５の内端壁面間には、それぞれ所定の
すきまが維持されており、それらは必ず油膜を介して互
いが接するように設定され冫ｒ１、１ 日口＋．
力゛・ノ，く一θ）」ｔ」（百１：１ＦＩ１＋史七沢ｔ
臂伴Ｌｋ…宵のスクイズフイルム効果である。上記説明
では第２のダンパー装置Ｃ２を構成するロツド部材２０
の端部を膨大化して大径部とした場合について説明した
が、ロツド部材２０の端部に大径部を形成させず、ロツ
ド部材の端面をシリンダの内壁面に対向させて両者間に
所定のすきまが形成されておれば、充分スクイズフイル
ム効果は期待でき、充分目的のダンピング効果が得られ
る。すなわち、第１のダンパー装置Ｃ１を例にとると、
螺旋状の溝と螺旋状の突出部のすきまが相対的に且つ急
激に変化すると、その変化速度に比例した反力が油膜に
よつて生ずる。第２のダンパー装置Ｃ２も全く同じ原理
である。本発明は上記の構造なるため、テーブルにかか
る負荷の振動成分は、第１のダンパー装置Ｃ１、即ちテ
ーブルに設けた中間外側部材２２とロツド部の一部に設
けた螺旋状の突出部２１との間で吸収され、ベツドに対
して装置全体にかかる負荷の振動成分は、第２のダンパ
ー装置Ｃ２、即ちベツドに設けたシリンダー部材２５と
ロツド部端面との間で吸収される。

送りねじ軸部１６とナツト部材１５との噛合部、送りね
じ軸部の支持部をそれぞればね要素とみなし、ばね常数
を記号Ｋｌ，Ｋ２であられし、第３図の系を極めて簡略
化した力学的モデルであられすと、第４図のようになる
。

但し、記号Ｍ１はテーブルの質量、Ｍ２は送りねじ系の
質量であり、一般にはＭ１〉Ｍ２である。参考として、
本発明におけるテーブル送り装置のダンパーの効果を示
す一例（計算結果）を以下に記す。

以上の諸元の系を考え、粘性１．１５Ｘ１０−８ｋｇ・
ＳｅＣ／Ｍ７７ｌの粘性油を用いた時の周波数応答曲線
を第６図に示す。

この図から第１および第２のダンパー装置Ｃｌ，Ｃ２を
付加することによりテーブル送り装置全体に著しい動剛
性の改善が期待されることがわかる。なお、第６図にお
いて、加振周波数とは例えば加工時に発生する振動の周
波数のことであり、加振力とは例えば加工時に振動を発
生させる力であり、変位応答振幅とは例えば第１および
第２のダンパー装置Ｃｌ，Ｃ２を付加したとき、あるい
は、しないときのベツドに対するテーブルに発生する振
動の振幅である。

以上説明したように、この発明は不動のベツド上を摺動
移動するテーブルに、送りねじ手段用のナツト部材およ
び内周に上記ナツト部材のリードピツチと同一の螺旋状
の溝並びに該溝の両端を連結するバイパス通路を形成し
たダンパー手段用の中空外側部材を軸芯を一致させて並
設すると共に、上記ナツト部材と螺合する送りねじ軸部
と、上記中空外側部材の螺旋状の溝内に位置する螺旋状
の突出部を一部に有するロツド部を備えた軸部材をベツ
ド上に回転自在に設け、上記中空外側部材の螺旋状の溝
と軸部材の螺旋状の突出部との間に連続した螺旋状の均
一なすきまを形成し、上記中空外側部材とロツド部との
間をシール部材で密閉室となし、上記密閉室内に粘性油
を封入し、更に、上記ロツド部の端部をベツドに固設し
たシリンダ部材内に挿入してロツド部の端面と該端面と
対向するシリンダ部材の内壁面との間に所定の隙間を形
成し、ロツド部とシリンダ部材との間をシール部材で密
閉室となして、この密閉室内に粘性油を封入したから、
以下に述べる種々の効果が期待できる。

即ち、粘性で、しかも、螺旋状の突出部に粘着して移動
する油膜のスクイズフイルム効果によりダンピングを得
ているので、ダンパー装置内の粘性油に或る程度の気泡
が存在していても充分な効果（動的な負荷変動に対する
ダンパー特性）が期特出来、テーブル送り装置のメイン
テナンスが簡便になる。又、粘性油をダンパー装置内に
単に封入し、その両端をオイルシール等を用いて封第１
図じ込めるだけで構成することが出米るのでテーブル送
り装置の組立てが容易となると共に全体として簡単に且
つコンパクトに構成することができ、更にテーブルの急
速移動（早送り、早戻し等）に際してもそれが静的なも
のであるかぎり、粘性油は何んら作用力（抵抗力）を生
ずることがないので、摺動抵抗を増加させず、且つ、ボ
ールねじ等の高変換効率も低下させることがない。

入テーブル駆動源（パルスモータ、油圧アクチユエータ
等）の容量を小さくすることが出来る。更にバイパス通
路を設けることにより、ダンパー手段がねじ送り手段に
よるテーブル送りに対する抵抗とならず、ダンパー手段
でびびり振動等を確実に吸収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、従来のダンパー装置を説明するた
めの図面である。 第３図は、この発明のテーブル送り装置を示す図面であ
る。第４図は、第３図に示すテーブル送り装置を力学的
モデルで表わした図面である。第５図ａ及びｂは、それ
ぞれ第１のダンパー装置Ｃ１と、第２のダンパー装置Ｃ
２を説明するための図面である。第６図は、第１と第２
のダンパー装置Ｃｌ，Ｃ２をテーブル送り装置に使用し
た場合と、しない場合の周波数応答曲線を示す図面であ
る。１１・・・・・・テーブル、１４・・・・・・ボー
ルスライド、１５・・・・・・ナツト部材、１６・・・
・・・送りねじ軸部、１７，１７・・・・・・ベアリン
グ、１８・・・・・・減速装置、１９・・・・・・パル
スモータ等の駆動源、Ｃ１・・・・・・第１のダンパー
装置、２２・・・・・・中空外側部材、２１・・・・・
・螺旋状の突出部、２７・・・・・・バイパス通路、２
３・・・・・・粘性油、Ｃ，・・・・・・第２のダンパ
ー装置、２４・・・・・・ロツド部の端部、２５・・・
・・・シリンダ部材、２６・・・・・・粘性油、２７・
・・・・・ベツド、３１，３２，３３・・・・・・シー
ル部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不動のベッド上を摺動移動するテーブルに、送りね
   じ手段用のナット部材および内周に上記ナット部材のリ
   ードピッチと同一の螺旋状の溝並びに該溝の両端を連結
   するバイパス通路を形成したダンパー手段用の中空外側
   部材を軸芯を一致させて並設すると共に、上記ナット部
   材と螺合する送りねじ軸部と、上記中空外側部材の螺旋
   状の溝内に位置する螺旋状の突出部を一部に有するロッ
   ド部を備えた軸部材をベッド上に回転自在に設け、上記
   中空外側部材の螺旋状の溝と軸部材の螺旋状の突出部と
   の間に連続した螺旋状の均一なすきまを形成し、上記中
   空外側部材とロッド部との間をシール部材で密閉室とな
   し、上記密閉室内に粘性油を封入したことを特徴とする
   工作機械等のテーブル送り装置。 ２ 不動のベッド上を摺動移動するテーブルに、送りね
   じ手段用のナット部材および内周に上記ナット部材のリ
   ードピッチと同一の螺旋状の溝並びに該溝の両端を連結
   するバイパス通路を形成したダンパー手段用の中空外側
   部材を軸芯を一致させて並設すると共に、上記ナット部
   材と螺合する送りねじ軸部と、上記中空外側部材の螺旋
   状の溝内に位置する螺旋状の突出部を一部に有するロッ
   ド部を備えた軸部材をベッド上に回転自在に設け、上記
   中空外側部材の螺旋状の溝と軸部材の螺旋状の突出部と
   の間に連続した螺旋状の均一なすきまを形成し、上記中
   空外側部材とロッド部との間をシール部材で密閉室とな
   し、上記密閉室内に粘性油を封入し、更に、上記ロッド
   部の端部をベッドに固設したシリンダ部材内に挿入して
   ロッド部の端面と該端面と対向するシリンダ部材の内壁
   面との間に所定の隙間を形成し、ロッド部とシリンダ部
   材との間をシール部材で密閉室となして、この密閉室内
   に粘性油を封入したことを特徴とする工作機械等のテー
   ブル送り装置。