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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionseinstellvorrichtung zum Einstellen mindestens der Höhe der Position eines zu lagernden Objekts und eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine.
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Beschreibung des Stands der Technik:
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Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 3112302 offenbart eine Spannvorrichtung, die eine untere Hälfte 16 zum Auflegen auf einen Arbeitstisch, eine obere Hälfte 15 zum Lagern eines zu schneidenden Objekts, das ein zu lagerndes Objekt ist, und eine bogenförmige Verbindung 17, die die untere Hälfte 16 und die obere Hälfte 15 verbindet, aufweist. Die offenbarte Spannvorrichtung ist dazu eingerichtet, die Position des auf der oberen Hälfte 15 gelagerten Objekts zu justieren, indem die Position der oberen Hälfte 15 relativ zur unteren Hälfte 16 eingestellt wird, wobei die obere Hälfte 15 mit der bogenförmigen Verbindung 17 verbunden bleibt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Allgemeinen werden Vorrichtungen zum Einstellen der Position des zu lagernden Objekts durch Kopplung einer Vielzahl von Teilen konstruiert. Solche Konstruktionen sind anfällig für Steifigkeitsprobleme, da sich die Belastung häufig auf die Verbindungen zwischen den Teilen konzentriert. Nehmen wir beispielsweise bei der in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 3112302 offen gelegten Vorrichtung an, dass ein zu lagerndes Objekt auf die obere Hälfte 15 gelegt wird, nachdem die Position der oberen Hälfte 15 so eingestellt wurde, sodass die obere Hälfte 15 von der unteren Hälfte 16 erhöht und beabstandet ist. Dann konzentriert sich die Last auf die obere Hälfte 15 und die bogenförmige Verbindung 17, so dass sich die obere Hälfte 15 und die bogenförmige Verbindung 17 wahrscheinlich deformieren werden. In diesem Fall ist es schwierig, das zu lagernde Objekt mit Hilfe der in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 3112302 offengelegten Spannvorrichtung genau zu positionieren.
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Wenn es sich bei dem gelagerten Objekt um ein Werkzeug handelt, vibriert das Werkzeug während des Bearbeitungsprozesses. Wenn dann eine Resonanz zwischen dem Werkzeug und der Vorrichtung, die das Werkzeug lagert, auftritt, verschlechtert dies die Bearbeitungsgenauigkeit.
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Dementsprechend besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, eine Positionseinstellvorrichtung und eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine mit hoher Steifigkeit und einer verbesserten Schwingungsdämpfungseigenschaft bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Positionseinstellvorrichtung zum Einstellen einer Höhe eines zu lagernden Objekts: einen festen Teil; einen beweglichen Teil, der dazu eingerichtet ist, in einer Höhenrichtung relativ zu dem festen Teil beweglich zu sein, und der dazu eingerichtet ist, das zu lagernde Objekt zu lagern; einen Expansions- und Kontraktionsteil, der mit dem festen Teil und dem beweglichen Teil gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, sich in der Höhenrichtung auszudehnen und zusammenzuziehen; einen Einstellmechanismus, der dazu eingerichtet ist, eine Position des beweglichen Teils in der Höhenrichtung relativ zu dem festen Teil einzustellen; und ein Metallteil, das an dem festen Teil und dem beweglichen Teil befestigt ist.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine, die dazu eingerichtet ist, ein Werkstück gemäß einem Befehl zum Durchführen einer Bearbeitung von 100 nm oder weniger zu bearbeiten, die Positionseinstellvorrichtung gemäß des obigen Aspekts.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Positionseinstellvorrichtung und eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine mit hoher Steifigkeit und einer verbesserten Schwingungsdämpfungseigenschaft bereit.
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Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung beispielhaft dargestellt ist, besser ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Positionseinstellvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform;
- 2 ist eine Explosionsdarstellung der Positionseinstellvorrichtung nach der ersten Ausführungsform;
- 3 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers der Positionseinstellvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
- 4 ist ein Blockdiagramm einer Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine mit der Positionseinstellvorrichtung;
- 5 ist eine Explosionsdarstellung einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer Abwandlung 1-1;
- 6 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers der Positionseinstellvorrichtung der Abwandlung 1-1;
- 7 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer Abwandlung 1-5;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 9 ist eine Explosionsdarstellung der Positionseinstellvorrichtung der zweiten Ausführungsform;
- 10 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers der Positionseinstellvorrichtung der zweiten Ausführungsform;
- 11 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer Abwandlung 2-1;
- 12 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer Abwandlung 2-2; und
- 13 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers einer Positionseinstellvorrichtung gemäß einer Abwandlung 2-3.
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Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Die Positionseinstellvorrichtung und die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Die in den Figuren verwendeten Richtungen entsprechen den Pfeilen in den Zeichnungen.
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[Erste Ausführungsform]
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Positionseinstellvorrichtung 10 nach einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Positionseinstellvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform.
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Die Positionseinstellvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Position eines zu lagernden Objekts (zu lagerndes Target) 12 in wenigstens einer Höhenrichtung (Richtung von einer Oberseite zu einer Unterseite, Richtung von oben nach unten) einzustellen. Die Positionseinstellvorrichtung 10 ermöglicht es dem Bediener, das zu lagernde Objekt 12 leicht in einer gewünschten Höhe zu halten. Das zu lagernde Objekt 12 ist nicht genau festgelegt, sondern in diesem Ausführungsbeispiel wird es als Werkzeug 12 einer Werkzeugmaschine angenommen.
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Die Positionseinstellvorrichtung 10 umfasst einen Hauptkörper 14 zum Lagern des Werkzeugs 12, Metallteile 16, die jeweils eine im wesentlichen rechteckige Plattenform aufweisen, und erste Befestigungsteile 18 und zweite Befestigungsteile 20 zum Fixieren (Befestigen) des Hauptkörpers 14 und der Metallteile 16 aneinander.
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Der Hauptkörper 14 umfasst einen festen Teil 22, der auf einem Arbeitstisch oder Boden angebracht ist, und einen beweglichen Teil 24, der dazu eingerichtet ist, in einer Höhenrichtung relativ zum festen Teil 22 beweglich zu sein, und der das Werkzeug 12 lagert. Der Hauptkörper 14 umfasst ferner Expansions- und Kontraktionsteile 26, die mit dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 verbunden sind und dazu eingerichtet sind, in Höhenrichtung zu expandieren und zu kontrahieren, sowie einen Einstellmechanismus 28 zum Einstellen der Position des beweglichen Teils 24 relativ zum festen Teil 22 in der Höhenrichtung.
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Der feste Teil 22 ist beispielsweise aus einem Legierungsmaterial hergestellt. Der feste Teil 22 umfasst eine geneigte Fläche 22a, die auf der dem beweglichen Teil 24 zugewandten Seite (auf der Oberseite) so ausgebildet ist, dass sie entlang einer Tiefenrichtung (Richtung von vorne nach hinten), die orthogonal zur Höhenrichtung verläuft, geneigt ist. Die geneigte Fläche 22a dieser Ausführungsform (2) ist von der Vorderseite zur Rückseite nach oben geneigt. Dies ist jedoch eine beispielhafte Ausführungsform und die geneigte Fläche 22a kann auch von der Vorderseite zur Rückseite nach unten geneigt sein.
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Erste Einsetzlöcher 30 sind in einer Seitenfläche 22b des festen Teils 22 ausgebildet, die sich auf der rechten Seite in einer Breitenrichtung (Links-Rechts-Richtung) befindet, die orthogonal zur Höhen- und Tiefenrichtung verläuft. Die ersten Einsetzlöcher 30 sind in 2 als kreisförmige Löcher dargestellt, aber ihre Form ist nicht begrenzend festgelegt. 2 zeigt ferner „zwei“ erste Einsetzlöcher 30, aber die Anzahl der ersten Einsetzlöcher 30 ist nicht begrenzend festgelegt.
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Wenn auch nicht grafisch dargestellt, werden die ersten Einsetzlöcher 30 auch in der linken Seitenfläche des festen Teils 22 auf die gleiche Weise wie in der rechten Seitenfläche 22b gebildet.
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Erste Durchgangslöcher 42 in den Metallteilen 16, die später beschrieben werden, stehen jeweils in Verbindung mit den ersten Einsetzlöchern 30 im festen Teil 22.
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Der bewegliche Teil 24 umfasst das gleiche Legierungsmaterial wie zum Beispiel der feste Teil 22. Der bewegliche Teil 24 lagert das Werkzeug 12 und ist vom festen Teil 22 in Höhenrichtung beabstandet. Der bewegliche Teil 24 hat eine untere Fläche 24a, die in dieser Ausführungsform eine flache Ebene senkrecht zur Höhenrichtung ist. Die untere Fläche 24a ist der geneigten Fläche 22a des festen Teils 22 zugewandt, wobei sich der Einstellmechanismus 28 dazwischen befindet. Der bewegliche Teil 24 hat weiterhin Schenkel 32, die jeweils an seinen beiden Enden in Tiefenrichtung vorgesehen sind und die sich von der unteren Fläche 24a nach unten erstrecken.
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In dieser Ausführung ist die rechte Seitenfläche 24b des beweglichen Teils 24 einschließlich der Schenkel 32 im Wesentlichen bündig mit der Seitenfläche 22b des festen Teils 22. In der Seitenfläche 24b sind zweite Einsetzlöcher 34 ausgebildet. In 2 sind die zweiten Einsetzlöcher 34 als kreisförmige Löcher dargestellt, aber ihre Form ist nicht begrenzend festgelegt. Außerdem zeigt 2 „sechs“ zweite Einsetzlöcher 34, die in der Seitenfläche 24b ausgebildet sind, aber die Anzahl der zweiten Einsetzlöcher 34 ist nicht begrenzend festgelegt.
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Wenn auch nicht grafisch dargestellt, ist die linke Seitenfläche des beweglichen Teils 24 einschließlich der Schenkel 32 im Wesentlichen bündig mit der linken Seitenfläche des festen Teils 22. Darüber hinaus sind zweite Einsetzlöcher 34 auch in der linken Seitenfläche des beweglichen Teils 24 in der gleichen Weise wie in der rechten Seitenfläche 24b ausgebildet.
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Zweite Durchgangslöcher 44 im Metallteil 16, die später beschrieben werden, stehen jeweils mit den zweiten Einsetzlöchern 34 im beweglichen Teil 24 in Verbindung, wenn die ersten Einsetzlöcher 30 des festen Teils 22 und die ersten Durchgangslöcher 42 des Metallteils 16 miteinander in Verbindung stehen.
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In dieser Ausführungsform sind die Expansions- und Kontraktionsteile 26 kurvenförmige Elemente, die das gleiche Legierungsmaterial wie der feste Teil 22 und der bewegliche Teil 24 umfassen. Zwei Expansions- und Kontraktionsteile 26 sind jeweils an den Seiten des festen Teils 22 in der Tiefenrichtung vorgesehen, wobei der feste Teil 22 dazwischen angeordnet ist. Jedes der beiden Expansions- und Kontraktionsteile 26 ist mit seinem einen Ende integral mit dem festen Teil 22 und mit seinem anderen Ende integral mit dem Schenkel 32 des beweglichen Teils 24 gekoppelt (verbunden).
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Die kurvenförmigen Expansions- und Kontraktionsteile 26, die mit dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 verbunden sind und sich in der Höhenrichtung ausdehnen und zusammenziehen, können zusammen mit dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 einfach hergestellt werden, indem zum Beispiel ein Legierungsmaterial mit einer Werkzeugmaschine bearbeitet wird. Die Expansions- und Kontraktionsteile 26 sind nicht auf diese Struktur beschränkt. Zum Beispiel können die Expansions- und Kontraktionsteile 26 Federn mit Elastizität sein. Federn sind relativ leicht als Teile verfügbar.
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3 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 14 der Positionseinstellvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. 3 zeigt die Positionseinstellvorrichtung 10 von der rechten Seite aus gesehen.
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In dieser Ausführungsform ist der Einstellmechsismus 28 zwischen dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 angeordnet. Der Einstellmechanismus 28 umfasst einen deflektorartigen Kugelgewindetrieb (betätigter Teil) 36, der die beiden Schenkel 32 in Tiefenrichtung durchläuft (durchdringt), und ein Gleitteil 40, der mit dem Kugelgewindetrieb 36 derart gekoppelt ist, dass er bei Drehung des Kugelgewindetriebs 36 in Tiefenrichtung gleitet.
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Der Kugelgewindetrieb 36 hat an dessen einen Ende in der Tiefenrichtung einen Griff (Griffteil) 38, und der Griff 38 ermöglicht es dem Bediener, den betätigten Teil (Kugelgewindetrieb) auf einfache Weise zu halten, um den Kugelgewindetrieb 36 zu betätigen (zu drehen). Das Gleitteil 40 hat eine Keilform, die in der Höhenrichtung mit der unteren Fläche 24a des beweglichen Teils 24 und mit der geneigten Fläche 22a des festen Teils 22 in Kontakt ist. Das Gleitteil 40 gleitet im Bereich zwischen den beiden Schenkeln 32.
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Der Bediener kann die Höhe (vertikale Position) des auf dem beweglichen Teil 24 abgestützten Werkzeugs 12 einfach durch Betätigen (Drehen) des Kugelgewindetriebs 36 einstellen.
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Nehmen wir zum Beispiel an, der Bediener dreht den Kugelgewindetrieb 36 so, dass das Gleitteil 40 von der Vorderseite zur Rückseite gleitet. Dann bewegt sich das Gleitteil 40 während der Rückwärtsbewegung auch allmählich entlang der geneigten Fläche 22a des festen Teils 22 nach oben. Ferner dehnen sich die Expansions- und Kontraktionsteile 26, die mit dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 gekoppelt sind, in der Höhenrichtung aus. Dann wird das bewegliche Teil 24 durch das sich allmählich nach oben bewegende Gleitteil 40 angehoben, und das bewegliche Teil 24 bewegt sich somit nach oben. Wenn andererseits das Gleitteil 40 von der Rückseite zur Vorderseite bewegt wird, bewegt sich das bewegliche Teil 24 nach unten, während sich das Gleitteil 40 allmählich nach unten bewegt, während es sich nach vorne bewegt. In diesem Fall ziehen sich Expansions- und Kontraktionsteile 26 in der Höhenrichtung zusammen.
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Bei den Metallteilen 16 handelt es sich um Teile, die mindestens Metall als Material umfassen und die am Hauptkörper 14 befestigt sind, um die Dämpfungseigenschaft und Steifigkeit zu verstärken. Die Metallteile 16 können einfach hergestellt werden, da sie einfache, im Wesentlichen rechteckige Plattenformen aufweisen.
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Das Material der Metallteile 16 umfasst vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, eine Dämpfungslegierung. Unter „Dämpfungslegierung“ wird eine Legierungen mit hohen schwingungsdämpfenden Eigenschaften verstanden, und es ist zum Beispiel die auf Mangan basierende „M2056-Legierung“ bekannt.
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In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Metallteile 16 aus einer Dämpfungslegierung auf Eisenbasis hergestellt sind. Eisen ist ein Material, das leicht verfügbar ist und eine höhere Steifigkeit als Mangan aufweist.
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In jedem Metallteil 16 sind darin die ersten Durchgangslöcher 42 und die zweiten Durchgangslöcher 44 ausgebildet, die das Metallteil 16 in der Breitenrichtung durchsetzen (durchdringen). Die ersten Durchgangslöcher 42 dieser Ausführungsform sind Langlöcher, die sich in der Höhenrichtung erstrecken. Die Länge der ersten Durchgangslöcher 42 in der Höhenrichtung ist auf mindestens die längste Länge in der Höhenrichtung eingestellt, mit der sich das bewegliche Teil 24 relativ zum festen Teil 22 beim Gleiten des Gleitteils 40 bewegt. Die zweiten Durchgangslöcher 44 dieser Ausführungsform sind kreisförmige Löcher.
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In dieser Ausführungsform sind auf der rechten Seite die Seitenfläche 22b des festen Teils 22 und die Seitenfläche 24b des beweglichen Teils 24 im Wesentlichen bündig miteinander, und das Metallteil 16 weist eine Plattenform auf. Dementsprechend kann das Metallteil 16 in gleichmäßigem, engem Kontakt mit dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 stehen. Dasselbe gilt für die linke Seite.
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Zu diesem Zeitpunkt stehen, wie bereits erwähnt, die ersten Durchgangslöcher 42 jeweils mit den ersten Einsetzlöchern 30 in Verbindung, die im festen Teil 22 ausgebildet sind. Wenn es eine Mehrzahl von ersten Einsetzlöchern 30 wie in dieser Ausführungsform gibt, ist die gleiche Anzahl von ersten Durchgangslöchern 42 wie von ersten Einsetzlöchern 30 vorgesehen, und die Mehrzahl von ersten Durchgangslöchern 42 steht jeweils mit der Mehrzahl von ersten Einsetzlöchern 30 in Verbindung.
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Die ersten Befestigungsteile 18 werden jeweils in die ersten Durchgangslöcher 42 und die ersten Einsetzlöcher 30 eingesetzt, die miteinander in Verbindung stehen. Die ersten Befestigungsteile 18 sind zum Beispiel Bolzen oder Schrauben. Auf diese Weise werden die Metallteile 16 und das feste Teil 22 miteinander befestigt.
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Wie oben erwähnt, stehen die zweiten Durchgangslöcher 44 jeweils mit den zweiten Einsetzlöchern 34 in Verbindung, wenn die ersten Einsetzlöcher 30 und die ersten Durchgangslöcher 42 miteinander in Verbindung stehen. Ebenso wie die ersten Durchgangslöcher 42, wenn es eine Vielzahl von zweiten Einsetzlöchern 34 gibt, ist die gleiche Anzahl von zweiten Durchgangslöchern 44 wie die zweiten Einsetzlöcher 34 vorgesehen, und die Vielzahl der zweiten Durchgangslöcher 44 steht jeweils mit der Vielzahl der zweiten Einsetzlöcher 34 in Verbindung.
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Die zweiten Befestigungsteile 20 werden jeweils in die zweiten Durchgangslöcher 44 eingesetzt und die zweiten Einsetzlöcher 34 stehen mit den zweiten Einsetzlöchern 34 in Verbindung. Wie die ersten Befestigungsteile 18 sind die zweiten Befestigungsteile 20 zum Beispiel Bolzen oder Schrauben. Die Metallteile 16 und der bewegliche Teil 24 werden so miteinander befestigt.
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Bei dieser Ausführungsform sind die ersten Durchgangslöcher 42 Langlöcher, die sich in Höhenrichtung erstrecken. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, selbst wenn die relative Positionsbeziehung zwischen dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 in Höhenrichtung variiert, den Zustand beizubehalten, in dem die ersten Durchgangslöcher 42 und die ersten Einsetzlöcher 30 miteinander in Verbindung stehen und die zweiten Durchgangslöcher 44 und die zweiten Einsetzlöcher 34 miteinander in Verbindung stehen. So können in dieser Ausführungsform der feste Teil 22 und die Metallteile 16 aneinander befestigt werden und der bewegliche Teil 24 und die Metallteile 16 unabhängig von der relativen Lagebeziehung zwischen dem festen Teil 22 und dem beweglichen Teil 24 in der Höhenrichtung aneinander befestigt werden.
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Weiterhin sind in dieser Ausführungsform die Metallteile 16 in Kontakt mit dem Hauptkörper 14 in den Richtungen mit Ausnahme der Höhenrichtung befestigt. Dementsprechend tritt, wenn die Metallteile 16 am Hauptkörper 14 befestigt werden, nachdem die Höhe des Werkzeugs 12 eingestellt worden ist, keine Dehnung in der Höhenrichtung aufgrund der axialen Befestigungskraft auf, wodurch verhindert wird, dass die eingestellte Höhe des Werkzeugs 12 unbeabsichtigt variiert. Auf diese Weise ist die Positionseinstellvorrichtung 10 dieser Ausführungsform für den Bediener einfach zu bedienen.
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Das Befestigen der Metallteile 16 am Hauptkörper 14 verstärkt die Steifigkeit und dämpft die im beweglichen Teil 24 auftretenden Schwingungen. Insbesondere werden die im beweglichen Teil 24 auftretenden Schwingungen verlässlicher gedämpft, da die Metallteile 16 in dieser Ausführungsform eine Dämpfungslegierung umfassen. Die im beweglichen Teil 24 auftretenden Schwingungen sind zum Beispiel Schwingungen/Vibrationen, die auftreten, wenn das Werkzeug 12 die Bearbeitung ausführt, während es auf dem beweglichen Teil 24 gelagert ist.
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Auf diese Weise bietet die Positionseinstellvorrichtung 10 dieser Ausführungsform eine hohe Steifigkeit und eine hervorragende schwingungsdämpfende Eigenschaft.
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Die Ausführungsform ist nicht auf die obigen Ausführungen beschränkt. Zum Beispiel ist der betätigte Teil 36 nicht auf einen Kugelgewindetrieb beschränkt, solange der betätigte Teil 36 die Funktion hat, das Gleitteil 40 in den Tiefenrichtungen zu verschieben und die Funktion hat, das Gleitteil 40 nach dem Verschieben zu fixieren.
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Die Seitenfläche 22b des festen Teils 22 und die Seitenfläche 24b des beweglichen Teils 24 müssen nicht unbedingt im Wesentlichen bündig sein. Dasselbe gilt für die Seitenfläche des festen Teils 22 und die Seitenfläche des beweglichen Teils 24 auf der linken Seite, die in dieser Ausführungsform nicht grafisch dargestellt sind. Die Form der Metallteile 16 muss nicht unbedingt plattenförmig sein, solange die Metallteile 16 so geformt sind, dass sie am beweglichen Teil 24 und am festen Teil 22 befestigt werden können.
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Die Metallteile 16 müssen nicht notwendigerweise an den Seitenflächen (22b, 24b) des Hauptkörpers 14 befestigt werden, die in Breitenrichtung beabstandet sind, können aber an den Seitenflächen des Hauptkörpers 14 befestigt werden, die in Tiefenrichtung beabstandet sind.
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Die Materialien des festen Teils 22, des beweglichen Teils 24 und der Expansions- und Kontraktionsteile 26 sind nicht auf das gleiche Legierungsmaterial beschränkt. Zum Beispiel können sich das Material des festen Teils 22 und das Material der Expansions- und Kontraktionsteile 26 voneinander unterscheiden.
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In der obigen Beschreibung wurde erwähnt, dass das von der Positionseinstellvorrichtung 10 zu lagernde Objekt nicht auf das Werkzeug 12 einer Werkzeugmaschine beschränkt ist. Die Positionseinstellvorrichtung 10 kann ein Werkstück lagern, das die Werkzeugmaschine mit dem Werkzeug 12 bearbeitet. Während dem Bearbeiten kann das durch das Werkzeug 12 bearbeitete Werkstück auch vibrieren. Das Lagern des Werkstücks mit der Positionseinstellvorrichtung 10 ermöglicht es, die Höhe (vertikale Lage) des Werkstücks einfach einzustellen, und dämpft zudem zuverlässig die Schwingungen des bearbeiteten Werkstücks.
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(Anwendungen)
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4 ist ein Blockdiagramm einer Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M umfassend die Positionseinstellvorrichtung 10.
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Die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M ist eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem sehr hohen Grad an Bearbeitungsgenauigkeit gemäß Befehlen zum Durchführen von Bearbeitungen von 100 nm (Nanometer) oder weniger. Die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M umfasst das Werkzeug 12 zum Bearbeiten des Werkstücks und die Positionseinstellvorrichtung 10, die das Werkzeug 12 in höhenverstellbarer Weise lagert. Die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M umfasst, obwohl nicht in 4 dargestellt, ferner eine Antriebsvorrichtung (zum Beispiel einen Motor) zum Antreiben des Werkzeugs 12, eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Antriebsvorrichtung, Sensoren und dergleichen.
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Die Positionseinstellvorrichtung 10 dieser Ausführungsform ist besonders effektiv, wenn sie bei Werkzeugmaschinen eingesetzt wird, die eine sehr hohe Bearbeitungspräzision erreichen müssen, wie zum Beispiel die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M. Das heißt, das Werkzeug 12 vibriert, während die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M die Bearbeitung durchführt. Beim Bearbeiten, das auf Befehlen zur Durchführung von Bearbeitungen mit 100 nm oder weniger basieren, wird die Vibration die Bearbeitungspräzision erheblich beeinträchtigen, selbst wenn die Vibration sehr gering ist. Die Bereitstellung der Positionseinstellvorrichtung 10 mit höherer Steifigkeit und Dämpfungseigenschaft ermöglicht es der Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M jedoch, die hohe Bearbeitungspräzision problemlos aufrechtzuerhalten.
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Die Anwendung wurde nur beispielhaft beschrieben. Die Positionseinstellvorrichtung 10 kann auf alle anderen Maschinen mit einem Werkzeug 12 sowie auf Werkzeugmaschinen, die nach Befehlen von 100 nm oder weniger arbeiten, angewendet werden. Ferner kann, wie oben erwähnt, die Positionseinstellvorrichtung 10 zum Lagern eines Werkstücks verwendet werden, das mit der Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M bearbeitet werden soll.
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[Abwandlungen]
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Die erste Ausführungsform wurde als ein Beispiel für die vorliegende Erfindung beschrieben, und die erste Ausführungsform kann natürlich auf verschiedene Weise modifiziert oder verbessert werden. Aus der Formulierung der Ansprüche geht klar hervor, dass solche abgewandelten oder verbesserten Ausführungsformen ebenfalls zum technischen Geltungsbereich der Erfindung gehören.
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(Abwandlung 1-1)
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5 ist eine Explosionsdarstellung einer Positionseinstellvorrichtung 10 gemäß einer Abwandlung 1-1. 6 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 14 der Positionseinstellvorrichtung 10 gemäß der Abwandlung 1-1. 6 zeigt den Hauptkörper 14 von der rechten Seite gesehen.
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Der bewegliche Teil 24 kann ferner einen Neigungseinstellmechanismus 46 zur Einstellung einer Neigung des darauf gelagerten Werkzeugs 12 umfassen. Damit kann der Bediener nicht nur die Höhe des Werkzeugs 12, sondern auch eine Neigung des Werkzeugs 12 einstellen.
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Der Neigungseinstellmechanismus 46 dieser Abwandlung ist eine Nut (im Folgenden als Nut 46 bezeichnet), die im beweglichen Teil 24 in einer Position unterhalb des Werkzeugs 12 in Höhenrichtung ausgebildet ist. Bei dieser Abwandlung sind, wie in 6 gezeigt, der obere Teil und der untere Teil des beweglichen Teils 24, die durch die Nut 46 unterteilt sind, nur am vorderen Ende des beweglichen Teils 24 miteinander verbunden.
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Der Bediener kann die Neigung des Werkzeugs 12 leicht einstellen, indem er die Neigung eines Teils des beweglichen Teils 24, der sich über der Nut 46 befindet, einstellt, wobei das vordere Ende des beweglichen Teils 24 als Drehpunkt dient. Das bewegliche Teil 24 hat ferner ein Loch 48 ausgebildet, das in der Höhenrichtung mit der Nut 46 in Verbindung steht. Ein Befestigungsteil 50 wird in das Loch 48 eingeführt und befestigt, um den neigungsjustierten Zustand beizubehalten.
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Während der oben dargestellte Neigungseinstellmechanismus 46 die Neigung in der Richtung von vorne nach hinten einstellt, kann diese Abwandlung weiter modifiziert werden, um die Neigung in der Richtung von links nach rechts einzustellen.
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(Abwandlung 1-2)
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Die erste Ausführungsform hat die ersten Durchgangslöcher 42 als Langlöcher dargestellt, die sich in der Höhenrichtung erstrecken. Die Positionseinstellvorrichtung 10 ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt, aber die zweiten Durchgangslöcher 44 können als in Höhenrichtung verlaufende Langlöcher ausgebildet sein. Ferner können beide, sowohl die ersten Durchgangslöcher 42 als auch die zweiten Durchgangslöcher 44, als Langlöcher ausgebildet sein, die sich in Höhenrichtung erstrecken. Das heißt, in der Positionseinstellvorrichtung 10 kann mindestens eines der ersten Durchgangslöcher 42 und die zweiten Durchgangslöcher 44 als sich in Höhenrichtung erstreckende Langlöcher ausgebildet sein.
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Es ist dann möglich, die Metallteile 16 einfach an dem beweglichen Teil 24 und dem festen Teil 22 zu befestigen, selbst wenn das Positionsbeziehung zwischen dem beweglichen Teil 24 und dem festen Teil 22 in Höhenrichtung variiert.
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(Abwandlung 1-3)
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Bei der ersten Ausführungsform sind die Metallteile 16 auf beiden Seiten des Hauptkörpers 14 in der Breitenrichtung befestigt. Der Aufbau der Positionseinstellvorrichtung 10 ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ein Metallteil 16 darf nur auf einer Seite in der Breitenrichtung des Hauptkörpers 14 befestigt werden.
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Das Metallteil 16 kann Schwingungen dämpfen, die im beweglichen Teil 24 auftreten, selbst bei Ausführungen, bei denen das Metallteil 16 nur auf einer Seite des Hauptkörpers 14 in der Breitenrichtung befestigt ist. Es ist daher möglich, die Anzahl der Bauteile bei dieser Abwandlung zu reduzieren.
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(Abwandlung 1-4)
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Die erste Ausführungsform hat die Konfiguration veranschaulicht, in der die Metallteile 16 an dem Hauptkörper 14 befestigt sind. Die Mittel zur Fixierung der Metallteile 16 am Hauptkörper 14 sind nicht auf die Befestigung beschränkt. Zum Beispiel können die Metallteile 16 am Hauptkörper 14 befestigt werden, indem die Metallteile 16 gegen den Hauptkörper 14 gedrückt werden.
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Die Mittel zum Drücken der Metallteile 16 gegen den Hauptkörper 14 sind nicht begrenzend festgelegt. So kann zum Beispiel mit Hilfe einer piezoelektrischen Vorrichtung ein Druck auf das Metallteil 16 in Richtung des Hauptkörpers 14 ausgeübt werden. Anstelle einer piezoelektrischen Vorrichtung kann auch eine hydraulische Drückvorrichtung verwendet werden. In diesem Fall kann der Druck von beiden Seiten in der Breitenrichtung des Hauptkörpers 14 ausgeübt werden, um eine Lageveränderung des Hauptkörpers 14 in der Breitenrichtung zu verhindern, oder die Position des Hauptkörpers 14 kann mit anderen Befestigungsmitteln fixiert werden.
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Somit ist wie bei der ersten Ausführungsform die Positionseinstellvorrichtung 10 für das Werkzeug 12 mit hoher Steifigkeit und einer verbesserten schwingungsdämpfenden Eigenschaft vorgesehen.
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(Abwandlung 1-5)
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Die erste Ausführungsform hat eine Struktur des Hauptkörpers 14 dargestellt, bei der der feste Teil 22 die geneigte Fläche 22a umfasst (siehe 3). Die Struktur des Hauptkörpers 14 ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
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7 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 14 einer Positionseinstellvorrichtung 10 gemäß einer Abwandlung 1-5.
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Wie in 7 dargestellt, kann der feste Teil 22 anstelle der geneigten Fläche 22a eine Oberseite 22a' aufweisen, die parallel zur Vorne-Hinten- und zur Links-Rechts-Richtung verläuft, während das bewegliche Teil 24 eine geneigte Fläche 24a' hat, die in der Vorne-Hinten-Richtung geneigt ist.
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Das Gleitteil 40 dieser Abwandlung gleitet in den Richtungen von vorne nach hinten entlang der geneigten Fläche 24a'. Wie bei der ersten Ausführungsform wird diese Gleitbewegung durch Betätigen des betätigten Teils 36 erreicht. Wie in der ersten Ausführungsform kann ferner hier der bewegliche Teil 24 auf und ab bewegt werden, während das Gleitteil 40 gleitet.
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Folglich kann der Bediener die Höhe (vertikale Position) des auf dem beweglichen Teil 24 gelagerten Werkzeugs 12 auch in Fällen, in denen der Hauptkörper 14 die Konfiguration dieser Abwandlung aufweist, einfach einstellen.
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(Abwandlung 1-6)
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Die erste Ausführungsform und die Abwandlungen können innerhalb eines Umfangs, in dem keine Widersprüche auftreten, in geeigneter Weise kombiniert werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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Im Folgenden wird nun die Positionseinstellvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Es sei angemerkt, dass die bereits in der ersten Ausführungsform erläuterten Komponenten mit den gleichen Bezeichnungen und den gleichen Bezugszeichen versehen sind und hier möglicherweise nicht noch einmal erläutert werden.
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8 ist eine perspektivische Ansicht einer Positionseinstellvorrichtung 52 gemäß der zweiten Ausführungsform. 9 ist eine Explosionsdarstellung der Positionseinstellvorrichtung 52 der zweiten Ausführungsform.
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Die Positionseinstellvorrichtung 52 dieser Ausführungsform umfasst einen Hauptkörper 54, Metallteile 16, erste Befestigungsteile 18 und zweite Befestigungsteile 20. Von diesen Komponenten sind die Metallteile 16, die ersten Befestigungsteile 18 und die zweiten Befestigungsteile 20 die gleichen Komponenten wie diejenigen, die in der ersten Ausführungsform oder den Abwandlungen 1-1 bis 1-6 mit den gleichen Bezeichnungen und den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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10 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 54 der Positionseinstellvorrichtung 52 der zweiten Ausführungsform.
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Der Aufbau des Hauptkörpers 54 wird im Folgenden beschrieben. Der Hauptkörper 54 wird zum Lagern des Werkzeugs 12 verwendet. Der Hauptkörper 54 umfasst einen festen Teil 56, einen beweglichen Teil 58, einen Expansions- und Kontraktionsteil 60 und einen Einstellmechanismus 62. Der feste Teil 56 und der bewegliche Teil 58 sind in Höhenrichtung voneinander beabstandet, und der Expansions- und Kontraktionsteil 60 und der Einstellmechanismus 62 sind zwischen dem festen Teil 56 und dem beweglichen Teil 58 angeordnet.
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Der feste Teil 56 wird auf einem Arbeitstisch oder Boden angeordnet und an der Unterseite relativ zu dem beweglichen Teil 58 angeordnet. Der feste Teil 56 umfasst zum Beispiel ein Legierungsmaterial.
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Die ersten Einsetzlöcher 30, die mit den ersten Durchgangslöchern 42 in den Metallteilen 16 in Verbindung stehen, sind in beiden Seitenflächen des festen Teils 56 in Breitenrichtung (Links-Rechts-Richtung) ausgebildet. Die ersten Befestigungsteile 18 werden jeweils in die ersten Durchgangslöcher 42 und die ersten Einsetzlöcher 30 eingesetzt, die miteinander in Verbindung stehen. Der feste Teil 56 und die Metallteile 16 werden so miteinander verbunden.
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Der feste Teil 56 umfasst einen erhöhten Teil 64, der zum beweglichen Teil 58 hin zwischen einem ersten Gleitteil 40F und einem zweiten Gleitteil 40B, die später beschrieben werden, hervorsteht. Der feste Teil 56 hat obere Flächen 56a, die sich auf beiden Seiten des erhöhten Teils 64 in der Richtung von vorne nach hinten erstrecken. Jede obere Fläche 56a erstreckt sich in dieser Ausführungsform parallel zur Vorne-Hinten- und Links-Rechts-Richtung.
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Der bewegliche Teil 58 ist dazu ausgebildet, relativ zum festen Teil 56 in der Höhenrichtung bewegbar zu sein und zum Lagern des Werkzeugs 12 zu dienen. Der bewegliche Teil 58 umfasst das gleiche Legierungsmaterial wie zum Beispiel das feste Teil 56.
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Der bewegliche Teil 58 hat, in beiden Seitenflächen davon in Breitenrichtung ausgebildet, die zweiten Einsetzlöcher 34, die mit den zweiten Durchgangslöchern 44 in Verbindung stehen, die in den Metallteilen 16 ausgebildet sind. Die zweiten Befestigungsteile 20 werden jeweils in die zweiten Durchgangslöcher 44 und die zweiten Einsetzlöcher 34 eingesetzt, die miteinander in Verbindung stehen. Auf diese Weise werden der bewegliche Teil 58 und die Metallteile 16 miteinander verbunden.
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Der bewegliche Teil 58 hat geneigte Flächen 58a (58a1, 58a2), die auf der Seite angeordnet sind, die dem festen Teil 56 zugewandt ist, und deren Höhen entlang der Vorne-Hinten-Richtung variieren. Die geneigten Flächen 58a umfassen eine erste geneigte Fläche 58a1 und eine zweite geneigte Fläche 58a2, die symmetrisch in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet sind.
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Die erste geneigte Fläche 58a1 ist sich weiter vorne als die zweite geneigte Fläche 58a2 angeordnet und bildet eine Fläche des beweglichen Teils 58, die in dieser Ausführungsform von der Vorderseite zur Rückseite hin niedriger wird. Die zweite geneigte Fläche 58a2 ist eine Fläche des beweglichen Teils 58, die von der Rückseite zur Vorderseite hin niedriger wird.
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Der Expansions- und Kontraktionsteil 60 verbindet den festen Teil 56 und den beweglichen Teil 58 und expandiert und kontrahiert in den Höhenrichtungen. Der Expansions- und Kontraktionsteil 60 dieser Ausführungsform umfasst das gleiche Material wie der feste Teil 56 und der bewegliche Teil 58 und hat eine Kurvenform, die seine Expansion und Kontraktion ermöglicht. Es ist jedoch zu beachten, dass der Expansions- und Kontraktionsteil 60 eine Feder mit solcher Elastizität sein kann, wie die Expansions- und Kontraktionsteile 26 derselben Bezeichnung, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
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Der Expansions- und Kontraktionsteil 60 ist zwischen der ersten geneigten Fläche 58a1 und der zweiten geneigten Fläche 58a2 in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet. In dieser Ausführungsform sind der Expansions- und Kontraktionsteil 60 mit dem festen Teil 56 auf dem erhöhten Teil 64 gekoppelt.
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Der Einstellmechanismus 62 ist ein Mechanismus, der es dem Bediener ermöglicht, die Position des beweglichen Teils 58 in der Höhenrichtung relativ zum festen Teil 56 in geeigneter Weise einzustellen. Der Einstellmechanismus 62 umfasst einen betätigten Teil 66 und Gleitteile 40.
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Von diesen Komponenten ist jedes Gleitteil 40 ein keilförmiges Element, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Es sei jedoch zu beachten, dass in dieser Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, zwei Gleitteile 40 symmetrisch in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet sind.
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Im Folgenden wird der eine der beiden Gleitteile 40, der auf der Vorderseite angeordnet ist, als erstes Gleitteil 40F und der andere auf der Rückseite als zweiter Gleitteil 40B bezeichnet. Das erste Gleitteil 40F ist zwischen der oberen Fläche 56a des festen Teils 56 und der ersten geneigten Fläche 58a1 des beweglichen Teils 58 angeordnet und steht mit diesen in Kontakt. Das zweite Gleitteil 40B ist zwischen der oberen Fläche 56a des festen Teils 56 und der zweiten geneigten Fläche 58a2 des beweglichen Teils 58 angeordnet und steht mit diesen in Kontakt.
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Der betätigte Teil 66 wird vom Bediener so betätigt, dass der erste Gleitteil 40F und das zweite Gleitteil 40B in symmetrischer Weise gleichzeitig vorwärts und rückwärts gleiten. Bei dem betätigten Teil 66 dieser Ausführung handelt es sich um einen deflektorartigen Kugelgewindetrieb 68 und Muttern 70, die auf den Gewindetrieb 68 aufgeschraubt sind.
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Der Gewindetrieb 68 ist ein stabförmiges Teil, dessen axiale Richtung sich in der Vorne-Hinten-Richtung erstreckt und das durch das erste Gleitteil 40F, den erhöhten Teil 64 des festen Teils 56 und das zweite Gleitteil 40B verläuft. Die Gewindetrieb 68 ist in einem Lager 72 gelagert, das in dem erhöhten Teil 64 vorgesehen ist. Das Lager 72 ermöglicht die Drehung des Gewindetriebs 68, während es die axiale Bewegung (Positionsveränderung) des Gewindetriebs 68 einschränkt.
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In dem Gewindetrieb 68 ist eine erste Nut 74F und eine zweite Nut 74B ausgebildet. In einem Zustand, in dem der Gewindetrieb 68 in den erhöhten Teil 64 eingeführt ist, befindet sich die erste Nut auf der Vorderseite des den erhöhten Teils 64, während sich die zweite Nut auf der Rückseite des den erhöhten Teil 64 befindet. Die erste Nut 74F und die zweite Nut 74B sind beide eine Schraubennut (Schraubengewinde), die derart ausgebildet sind, dass die Muttern 70 mit dem Gewindetrieb 68 verschraubt werden können, aber unterschiedliche Schraubrichtungen aufweisen. Wenn zum Beispiel die erste Nut 74F eine rechtsgängige Schraubennut ist, dann ist die zweite Nut 74B eine umgekehrte (linksgängige) Schraubennut.
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Die Muttern 70 umfassen eine erste Mutter 70F und eine zweite Mutter 70B. Die erste Mutter 70F ist eine Mutter 70, die mit der ersten Nut 74F des Gewindetriebs 68 in Schraubeingriff steht. Die zweite Mutter 70B ist eine Mutter 70, die mit der zweiten Nut 74B des Gewindetrieb 68 in Schraubeingriff steht.
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Die erste Mutter 70F und die zweite Mutter 70B, die auf den Gewindetrieb 68 aufgeschraubt sind, bewegen sich beide vorwärts und rückwärts, wenn sich der Gewindetrieb 68 dreht. Die Richtungen, in die sich die erste Mutter 70F und die zweite Mutter 70B bei der Umdrehung des Gewindetrieb 68 bewegen, sind jedoch relativ zueinander symmetrisch, da sich die Gewinderichtung der ersten Nut 74F und die Gewinderichtung der zweiten Nut 74B voneinander unterscheiden. Beispielsweise bewegt sich die erste Mutter 70F nach vorne und die zweite Mutter 70B zu gleich nach hinten.
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Die erste Mutter 70F ist mit dem ersten Gleitteil 40F gekoppelt. Das erste Gleitteil 40F gleitet also, während sich die erste Mutter 70F in der Vorne-Hinten-Richtung bewegt. Die zweite Mutter 70B ist mit dem zweiten Gleitteil 40B gekoppelt. Das zweite Gleitteil 40B gleitet also symmetrisch relativ zum ersten Gleitteil 40F, während sich die zweite Mutter 70B in den Vorne-Hinten-Richtungen bewegt.
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Der Bediener betätigt den betätigten Teil 66, um zu bewirken, dass der erste Gleitteil 40F und der zweite Gleitteil 40B gleichzeitig und symmetrisch gleiten, so dass die Position des beweglichen Teils 58 in der Höhenrichtung einfach eingestellt werden kann. Mit „Betätigen“ ist hier das Betätigen zum Drehen des Gewindetriebs 68 des betätigten Teils 66 gemeint.
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Wie in 10 dargestellt, kann am Gewindetrieb 68 ein Griff (Griffteil) 38 angebracht werden. Alternativ, wenn auch nicht grafisch dargestellt, kann ein von Hand gedrehter Griff an den Gewindetrieb 68 angebracht werden. Auf diese Weise kann der Bediener den betätigten Teil 66 einfach bedienen.
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Die obige Beschreibung hat eine beispielhafte Konfiguration der Positionseinstellvorrichtung 52 dieser Ausführungsform dargestellt. Mit der oben beschriebenen Positionseinstellvorrichtung 52 kann der Bediener die Position des Werkzeugs 12 einfach in Höhenrichtung einstellen, wie mit der Positionseinstellvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform.
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Ferner sind die Metallteile 16 an dem Hauptkörper 54 befestigt, der das Werkzeug 12 lagert. Dementsprechend bietet die Positionseinstellvorrichtung 52 dieser Ausführungsform wie die Positionseinstellvorrichtung 10 der ersten Ausführungsform eine hohe Steifigkeit und eine verbesserte schwingungsdämpfende Eigenschaft.
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Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform das erste Gleitteil 40F und das zweite Gleitteil 40B so ausgebildet, dass sie symmetrisch in Vorne-Hinten-Richtung gleiten. Bei dieser Konfiguration stehen sich die zwischen dem ersten Gleitteil 40F und der ersten geneigten Fläche 58a1 auftretende Reibungskraft und die zwischen dem zweiten Gleitteil 40B und der zweiten geneigten Fläche 58a2 auftretende Reibungskraft gegenüber und heben sich gegenseitig auf. Dadurch ist es möglich, die unbeabsichtigte Lageänderung und Verformung des beweglichen Teils 58 aufgrund der Reibungskräfte zu reduzieren und damit auch die unbeabsichtigte Lageänderung des auf dem beweglichen Teil 58 gelagerten Werkzeugs 12 zu verringern.
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Die Positionseinstellvorrichtung 52 ist besonders effektiv, wenn das Werkzeug 12 einer Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M gelagert wird, die eine Bearbeitung entsprechend den Befehlen zum Durchführen der Bearbeitung mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger durchführt. Das heißt, dass bei einer Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M, die eine sehr feine Bearbeitungsgenauigkeit von 100 nm oder weniger erreichen muss, nur eine geringfügige Änderung in der Lage des Werkzeugs 12 zu erheblichen Qualitätsschwankungen der fertigen Produkte führt. Die Positionseinstellvorrichtung 52 kann jedoch eine Änderung der Lage des Werkzeugs 12 der Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M zuverlässig verhindern. Sie ermöglicht es der Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine M somit, eine stabile und ausgezeichnete Bearbeitungsqualität zu erreichen.
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Ähnlich wie die Positionseinstellvorrichtung 10 kann auch die Konfiguration der Positionseinstellvorrichtung 52 in einem Bereich, der nicht vom Wesen und Kern der obigen Beschreibung abweicht, in geeigneter Weise verändert werden. Im Folgenden werden einige spezifische Beispiele dafür beschrieben.
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(Abwandlung 2-1)
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11 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 54 einer Positionseinstellvorrichtung 52 gemäß einer Abwandlung 2-1.
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Wie in 11 dargestellt, kann der feste Teil 56 geneigte Flächen 56a' umfassen, die auf der Vorder- und Rückseite des erhöhten Teils 64 an der dem beweglichen Teil 58 zugewandten Seite ausgebildet sind, und die geneigten Flächen 56a' sind symmetrisch in der Vorne-Hinten-Richtung geneigt. In diesem Fall hat zum Beispiel der bewegliche Teil 58 untere Flächen 58a', die sich parallel zur Vorne-Hinten- und Links-Rechts-Richtung erstrecken und die seine Flächen bilden, die sich auf der dem festen Teil 56 zugewandten Seite befinden und in Kontakt mit dem ersten Gleitteil 40F bzw. dem zweiten Gleitteil 40B liegen.
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Die beiden geneigten Flächen 56a' des festen Teils 56 dieser Abwandlung werden im Folgenden als dritte geneigte Fläche 56a'1 und vierte geneigte Fläche 56a'2 bezeichnet, so dass sie von der ersten geneigten Fläche 58a1 und der zweiten geneigten Fläche 58a2 unterschieden werden können. Die dritte geneigte Fläche 56a'1 befindet sich auf der Vorderseite des erhöhten Teils 64 und die vierte geneigte Fläche 56a'2 befindet sich auf der Rückseite des erhöhten Teils 64.
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Die dritte geneigte Fläche 56a'1 und die vierte geneigte Fläche 56a'2 sind symmetrisch zueinander in der Vorne-Hinten-Richtung angeordnet. Bei dieser Abwandlung wird die dritte geneigte Fläche 56a'1 von der Vorderseite zur Rückseite hin niedriger. Die vierte geneigte Fläche 56a'2 wird von der Rückseite zur Vorderseite hin niedriger.
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Mit der ebenfalls derart ausgestalteten Positionseinstellvorrichtung 52 kann der Bediener die Position des beweglichen Teils 58 in Höhenrichtung durch Betätigen des betätigten Teils 66 einfach einstellen.
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(Abwandlung 2-2)
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12 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 54 einer Positionseinstellvorrichtung 52 gemäß einer Abwandlung 2-2.
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Wie in 12 gezeigt, kann die erste geneigte Fläche 58a1 so ausgebildet sein, dass sie von der Rückseite zur Vorderseite hin niedriger wird, und die zweite geneigte Fläche 58a2 kann so ausgebildet sein, dass sie von der Vorderseite zur Rückseite hin niedriger wird.
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(Abwandlung 2-3)
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13 ist eine Seitenansicht des Hauptkörpers 54 einer Positionseinstellvorrichtung 52 gemäß einer Abwandlung 2-3.
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Wie in 13 dargestellt, kann die dritte geneigte Fläche 56a'1 so ausgebildet sein, dass sie von der Rückseite zur Vorderseite hin niedriger wird, und die vierte geneigte Fläche 56a'2 kann so ausgebildet sein, dass sie von der Vorderseite zur Rückseite hin niedriger wird.
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(Abwandlung 2-4)
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Das bewegliche Teil 58 kann ferner wie der bewegliche Teil 24 den Neigungseinstellmechanismus 46 umfassen.
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[Aus Ausführungsformen gewonnene Erfindung]
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Die aus den Ausführungsformen und den Abwandlungen verständliche Erfindung wird im Folgenden aufgeführt.
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<Erste Erfindung>
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Eine Positionseinstellvorrichtung (10, 52) zum Einstellen einer Höhe eines zu lagernden Objekts (12), das gelagert wird, umfassend: einen festen Teil (22, 56); einen beweglichen Teil (24, 58), der dazu ausgebildet ist, in der Höhenrichtung relativ zu dem festen Teil (22, 56) beweglich zu sein, und der dazu eingerichtet ist, das zu lagernde Objekt (12) zu lagern; einen Expansions- und Kontraktionsteil (26, 60), der mit dem festen Teil (22, 56) und dem beweglichen Teil (24, 58) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, sich in der Höhenrichtung auszudehnen und zusammenzuziehen; einen Einstellmechanismus (28, 62), der dazu ausgebildet ist, eine Position des beweglichen Teils (24, 58) in der Höhenrichtung relativ zu dem festen Teil (22, 56) einzustellen; und ein Metallteil (16), das an dem festen Teil (22, 56) und dem beweglichen Teil (24, 58) befestigt ist.
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Die obige Konfiguration stellt eine Positionseinstellvorrichtung (10, 52) bereit, die eine hohe Steifigkeit und eine verbesserte Schwingungsdämpfungseigenschaft aufweist. Das zu lagernde Objekt (12) ist nicht begrenzend festgelegt und kann zum Beispiel ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine oder ein Werkstück davon sein.
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Das Metallteil (16) kann eine Dämpfungslegierung als Werkstoff umfassen. Es ist dann möglich, im beweglichen Teil (24, 58) auftretende Schwingungen verlässlicher zu dämpfen.
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In dem Metallteil (16) kann ein erstes Durchgangsloch (42) und ein zweites Durchgangsloch (44) ausgebildet sein, und mindestens eines des ersten Durchgangslochs (42) und des zweiten Durchgangslochs (44) kann ein Langloch sein, das das Metallteil in einer Richtung senkrecht zur Höhenrichtung durchdringt und sich entlang der Höhenrichtung erstreckt. In dem festen Teil (22, 56) kann ein erstes Einsetzloch (30) ausgebildet sein, das mit dem ersten Durchgangsloch (42) in Verbindung steht, und in dem beweglichen Teil (24, 58) kann ein zweites Einsetzloch (34) ausgebildet sein, das mit dem zweiten Durchgangsloch (44) in Verbindung steht, wenn das erste Durchgangsloch (42) und das erste Einsetzloch (30) miteinander in Verbindung stehen. Dann kann die Positionseinstellvorrichtung (10, 52) ferner ein erstes Befestigungsteil (18), das in das erste Durchgangsloch (42) und das erste Einsetzloch (30) eingeführt wird, um den festen Teil (22, 56) und das Metallteil (16) aneinander zu befestigen, und ein zweites Befestigungsteil (20) umfassen, das in das zweite Durchgangsloch (44) und das zweite Einsetzloch (34) eingeführt wird, um den beweglichen Teil (24, 58) und das Metallteil (16) aneinander zu befestigen. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Metallteil (16) einfach an dem beweglichen Teil (24, 58) und dem festen Teil (22, 56) zu befestigen, selbst wenn die Positionsbeziehung zwischen dem beweglichen Teil (24, 58) und dem festen Teil (22, 56) in Höhenrichtung variiert.
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Der Expansions- und Kontraktionsteil (26, 60) kann eine Feder sein. Auf diese Weise wird eine Positionseinstellvorrichtung (10, 52) mit hoher Steifigkeit und einer hervorragenden Schwingungsdämpfungseigenschaft bereitgestellt.
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Der feste Teil (22, 56) und der bewegliche Teil (24, 58) können in der Höhenrichtung voneinander beabstandet sein, der Einstellmechanismus (28, 62) kann zwischen dem beweglichen Teil (24, 58) und dem festen Teil (22, 56) bereitgestellt werden, und der Expansions- und Kontraktionsteil (26, 60) kann auf einer Seite des festen Teils (22, 56) bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird eine Positionseinstellvorrichtung (10, 52) mit hoher Steifigkeit und einer hervorragenden Schwingungsdämpfungseigenschaft bereitgestellt.
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Der feste Teil (22, 56) und der bewegliche Teil (24, 58) können in der Höhenrichtung voneinander beabstandet sein, und der Einstellmechanismus (28, 62) kann ein keilförmiges Gleitteil (40), das mit dem beweglichen Teil (24, 58) und dem festen Teil (22, 56) in Kontakt steht, und einen betätigten Teil (36) umfassen, der so ausgebildet ist, dass er betätigt werden kann, um das Gleitteil (40) dazu zu veranlassen, entlang einer Gleitrichtung zu gleiten, die orthogonal zu der Höhenrichtung verläuft. Sowohl der bewegliche Teil (24, 58) als auch der feste Teil (22, 56) kann eine geneigte Fläche (22a, 24a', 56a', 58a) aufweisen, die eine Fläche ist, die in Kontakt mit dem Gleitteil (40) ist, und deren Höhe entlang der Gleitrichtung variiert. Somit kann die Höhe des beweglichen Teils (24, 58) relativ zum festen Teil (22, 56) durch Betätigen des betätigten Teils (36) einfach eingestellt werden.
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Der Expansions- und Kontraktionsteil (26) kann Expansions- und Kontraktionsteile (26) umfassen, die jeweils auf beiden Seiten des festen Teils (22) in der Gleitrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Lage des beweglichen Teils (24) stabiler gehalten werden, da sich die beiden Expansions- und Kontraktionsteile (26) beim Gleiten des Gleitteils (40) in Höhenrichtung gleichmäßig ausdehnen und zusammenziehen.
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Das Gleitteil (40) kann zwischen den Expansions- und Kontraktionsteilen (26) vorgesehen sein, die jeweils auf beiden Seiten des festen Teils (22) in der Gleitrichtung angeordnet sind. So kann zum Beispiel die Positionseinstellvorrichtung (10) kompakt gebaut werden.
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Das Gleitteil (40) kann ein erstes Gleitteil (40F) und ein zweites Gleitteil (40B) umfassen, die in der Gleitrichtung symmetrisch zueinander angeordnet sind, und das erste und das zweite Gleitteil (40F, 40B) können bei Betätigung des betätigten Teils (66) symmetrisch zueinander in der Gleitrichtung gleiten. Die geneigte Fläche (56a', 58a) kann eine erste geneigte Fläche (56a'1, 58a1), die in Kontakt mit dem ersten Gleitteil (40F) ist, und eine zweite geneigte Fläche (56a'2, 58a2) umfassen, die in Kontakt mit dem zweiten Gleitteil (40B) ist und symmetrisch zu der ersten geneigten Fläche (56a'1, 58a1) in Gleitrichtung geneigt ist. Auf diese Weise kann die Lage des beweglichen Teils (58) stabiler gehalten werden, da das erste Gleitteil (40F) und das zweite Gleitteil (40B) symmetrisch zueinander gleiten.
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Der Expansions- und Kontraktionsteil (60) kann zwischen dem ersten Gleitteil (40F) und dem zweiten Gleitteil (40B) angeordnet werden. So kann zum Beispiel die Positionseinstellvorrichtung (52) kompakt gebaut werden.
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Der bewegliche Teil (24, 58) kann ferner einen Neigungseinstellmechanismus (46) umfassen, der dazu ausgebildet ist, eine Neigung des zu lagernden Objekts (12), das gelagert wird, einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur die Höhe des zu stützenden Objekts (12), sondern auch die Neigung des zu stützenden Objekts (12) einzustellen.
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<Zweite Erfindung>
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Eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine (M), die zur Bearbeitung eines Werkstücks entsprechend einem Befehl zum Durchführen einer Bearbeitung von 100 nm oder weniger ausgebildet ist, umfasst die Positionseinstellvorrichtung (10, 52) gemäß
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<Erster Erfindung>.
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Somit wird eine Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine (M) mit hoher Steifigkeit und einer verbesserten Schwingungsdämpfungseigenschaft bereitgestellt. Darüber hinaus kann die Ultrapräzisions-Werkzeugmaschine (M) problemlos eine exzellente Bearbeitungsgenauigkeit gewährleisten.
