JP2002346871A

JP2002346871A - 工作機械等の送り装置

Info

Publication number: JP2002346871A
Application number: JP33762798A
Authority: JP
Inventors: Akio Hosaka; 昭夫保坂; Sadao Sano; 定男佐野
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】リニアモータの高速で、高応答性及び高制御性
が充分利用される状態にする。【解決手段】リニアモータによって駆動される被駆動移
動構造体の一部以上がリニアモータの可動子を兼用する
送り装置において、前記構造体が非金属の小比重の軽量
体からなると共に、一軸に直角で移動方向に平行に延び
る一対の面を有してなり、該構造体を固定部に対して前
記移動方向に直線移動自在にガイドに保持する直線案内
装置と、前記一対の面に接着取付けた軟磁性板８ｃと、
該各軟磁性板に構造体の前記移動方向に間隔を置いて所
望数接着取付けられた永久磁石片の列１１Ａ，１１Ｂ
と、該永久磁石片の列が設けられた構造体の各面に微小
間隙を隔てて相対向するよう固定部に取付けられたヨー
ク鉄芯と巻回励磁コイルとから成る一対のリニアモータ
の励磁固定子１０Ａ，１０Ｂと、前記移動方向の可動子
構造体の固定部に対する移動位置を検出するように両者
間に前記移動方向に沿って取付けられた位置検出装置と
を備えて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータを駆
動源として使用する工作機械等の送り装置に係るもので
あり、マシニングセンタ等の工作機械の主軸、特に形彫
り放電加工機のクイルまたは加工ヘッドの鉛直方向の送
り装置として、高速性、高応答性及び高制御性等の点か
ら好適なものであるが、上記高応答性及び高制御性等の
点のよれば、上記形彫り放電加工機の水平２軸（Ｘ，
Ｙ）及びワイヤ放電加工機のワイヤ電極軸とほぼ直角な
平面２軸の各制御送り装置として有用なものであり、更
にリニアモータを駆動源として使用する各種製造装置や
検査装置の位置決めテーブルまたはステージ等の各軸制
御送り装置としても使用可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】各種のリニアモータが、高精度、シンプ
ル、及び高タクト等を理由に、比較的小型の各種製造装
置、測定・検査装置等の高剛性２軸位置決めステージ
に、また超小型、クリーン、高精度等を理由に光学・医
療・バイオ・半導体等各装置の高精度位置決めテーブル
に用いられて来ていた。またマシニングセンタ等の工作
機械のテーブル送り駆動を高速、高精度化のために、各
種のリニアモータが使用されるように成って来て居り、
最近では、主軸の送り駆動にも使用したものが散見され
るようになって来ている。

【０００３】そして、放電加工機の分野に於いても、例
えば、送り装置の機構部に動力変換機構がなくて、直線
移動可能に主軸を案内支持する直線案内装置とリニアモ
ータとの組み合わせ構成体とした形彫り放電加工装置が
特開平５−１０４，３３２号公報によって提案されて居
り、また、特開平８−３０９，６２０号公報によれば、
形彫り放電加工装置のＺ軸のみならず、Ｘ及びＹの全軸
をリニアモータを駆動手段として利用する送り装置を使
用し、微小な放電加工間隙を所望目標値に微細に制御す
るものとして提案されている。そして、またさらに特開
平８−３１８，４３３号公報によれば、ワイヤカット放
電加工機に於いて、複数の軸方向における相対送りの送
り機構にリニアモータを組み込み具備し、該リニアモー
タによる直線駆動によって、各軸方向の相対送りを得る
ようにすることにより、従来の送り装置の回転−直動変
換機構内に有ったバネ定数要素を削減し、送り移動系の
サーボゲインを高く設定することを可能として高応答性
とし、放電加工の高速化と精度向上とを得ることが出来
るようになったと主張している。しかしながら、本発明
者等は、この、リニアモータを搭載した形彫り放電加工
機も、ワイヤカット放電加工機も見たことがなく、市販
されたとも聞かない。その理由としては、種々のことが
考えられるが、恐らく、目的とする程には、目的とする
性能が得られなかったのではないかと思われる。そして
このことは、上記各公報に於ける開示内容を見ると、明
らかなようである

【０００４】例えば、前述の特開平５−１０４，３３２
号公報に記載のものの場合、主軸に連結されているガイ
ド機構には、工作機械の直線ガイド機構として用いられ
るリニア・モーション・ボール・ベアリング（直動球軸
受）が組み込まれていて、循環するボールで直動方向に
直角な２つの方向の引張り、圧縮（またはラジアル）荷
重に対し等剛性となるように配置されていて、放電加工
中の主軸の高速応答の位置制御に対して充分な剛性を有
し、主軸の滑らかな運動を確保している等と開示してい
るが、主軸の落下防止の保持に付いては何等開示がな
い。前記落下防止の保持に、リニアモータによる上方へ
の持ち上げ推力を連続的または間歇的に付与するように
作用させているにしても、主軸をリニアモータに特有の
数１０ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の高速でジャンプ等の
運動をさせようとすると、その加速度が大きく、例え
ば、１Ｇ以上になる場合があると、上記のリニア・モー
ション・ボール・ベアリングによる直動案内のみでは、
逆ラジアル荷重が高く作用する可能性があり、またリニ
アモータ３，５はコラム前面と主軸背面間の一面に形成
されているのみであるから、主軸１とコラム前面間には
強い磁気吸引力または反発力が作用するので、ベアリン
グ案内に負荷を与え、撓みが発生し、送り移動が円滑に
行えなくなる可能性があり、円滑で、高速度の上昇、下
降は期待できない。このため、前述ジャンプ等の移動速
度は、従来型の回転モータ使用の場合の数１００ｍｍ／
ｍｉｎから、本発明者等が提案した２，０００ｍｍ／ｍ
ｉｎ、高くても５，０００ｍｍ／ｍｉｎ程度以下の移動
速度を想定していたものと思われる。

【０００５】また、もう１つの形彫り放電加工機に係る
特開平８−３０９，６２０号公報に記載のものは、リニ
アモータによって、鉛直、Ｚ軸方向にコラムに対して送
り移動される加工ヘッドには、該ヘッドをＺ軸方向の所
定位置に停止させることも可能なカウンターバランス手
段が設けられて居り、これでは前述のように加速度が１
Ｇを超える場合がある高速ジャンプでの加工は不可能で
あり、従来型の送り装置による移動速度のジャンプ運動
しか予定されていなかったものと考えられる。そしてこ
のことは、ヘッド３６のヘッドコラム３２への直線移動
案内装置５４の取付、構成が、コラム３２に形成した一
対の直線レール５６，５６に対するヘッド３６に設けた
摺動足５８，５８の嵌挿摺接滑りによって行われる構成
となっていることからも明らかである。また、前記直線
移動案内とリニアモータとが近い位置に設けられている
点では好ましいものの、リニアモータが１個であるとこ
ろから、可動子と固定子間の吸引力（または反発力）が
直線移動案内に負担を与える欠点は改善されていないも
のである。

【０００６】また、上述の特開平８−３１８，４３３号
公報に開示されたワイヤカット放電加工機は、前述形彫
り放電加工機の主軸等に該当するものが無く、また加工
中に加工間隙の正常状態維持制御以外に、長い距離高速
度で往復移動することはないので、そのための構成と相
俟って、駆動制御等も比較的やり易いはずであるが、開
示されている直線移動案内装置の種類及び各軸1個のリ
ニアモータの設け方等には、前述したものと同様に問題
があり、これでは、ワークテーブル１５のＸ及びＹ軸の
駆動制御にリニアモータを採用したとしても、その高精
度での高速応答性及び高制御性の性能を発揮させて、加
工中の加工間隙の制御作動を行わせることが出来ず、加
工精度や加工速度等の加工性能を向上させることができ
ないものと思われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のリニアモータを被駆動移動の構造体の駆動送り手段と
して組み込んだ加工、位置決め、または検査等のための
送り装置が、その組み込んだリニアモータの高速性、高
応答性、及び高精度等の性能を充分発揮させ得なかった
と言う課題を解決するために、本発明は提案されるもの
である。よって、本発明の目的は、リニアモータを駆動
送り手段として組み込んだ被駆動移動構造体を含む送り
装置の上述のような問題点を解決すべく、被駆動移動構
造体を非金属の小比重の軽量体によって構成するととも
に、該構造体の一部以上、または大部分をリニアモータ
の可動子とする構成とし、駆動往復等の直線移動を軸運
動の直線性を向上させた状態で、バランス良く高精度で
行わせ得ると共に、高応答性で、高い制御性を有するよ
うに構成することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の本発明の目的は、
（１）リニアモータによって駆動される被駆動移動構造
体の一部以上がリニアモータの可動子を兼用する送る装
置において、前記構造体が非金属の小比重の軽量体から
なると共に、一軸に直角で移動方向に平行に延びる一対
の面を有してなり、該構造体を固定部に対して前記移動
方向に直線移動自在にガイド保持する直線案内装置と、
前記一対の面に接着取付けた軟磁性板と、該各軟磁性板
に構造体の前記移動方向に間隔を置いて所望数接着取付
られた永久磁石片の列と、該永久磁石片の列が設けられ
た構造体の各面に微小間隙を隔てて相対向するよう固定
部に取付けられたヨーク鉄芯と巻回励磁コイルとから成
る一対のリニアモータの励磁固定子と、前記移動方向の
可動子構造体の固定部に対する移動位置を検出するよう
に両者間に前記移動方向に沿って取付けられた位置検出
装置とを備えて成る工作機械等の送り装置とすることに
より達成される。

【０００９】また、前述の本発明の目的は、前記可動子
構造体を構成する非金属の小比重軽量体が、繊維強化セ
ラミックス、粒子分散強化セラミックス、または、ウイ
スカ強化セラミックスを含むＡｌ_２Ｏ_３系やＺｒＯ_２系
等の酸化物系セラミックス、またはＳｉＣ系やＳｉ_３Ｎ
_４系等の非酸化物系セラミックスで、全体が一体の焼結
成形体から成る前記（１）に記載の工作機械等の送り装
置とすることにより、より良く達成される。

【００１０】また、前述の本発明の目的は、前記可動子
構造体を構成する非金属の小比重軽量体が、炭素繊維強
化プラスチック製で、全体が一体物から成る前記（１）
に記載の工作機械等の送り装置とすることにより、より
良く達成される。

【００１１】また、前述の本発明の目的は、前記可動子
構造体が、前記移動方向に延びる全体として中空柱状
体、または前記移動方向と直交する断面が、Ｔ字状で移
動方向に延びる柱状体から成る前記（１）、（２）、ま
たは（３）に記載の工作機械等の送り装置とすることに
より達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の送り装置を搭載
した一実施例の型彫り放電加工機の全体構成を示す斜視
図で、１はベッド、２はベッド１の後側部または上面に
立設されたコラム、３はコラム２前面のベッド１上に水
平一軸（Ｙ軸）方向に移動可能に設けたサドル、４はサ
ドル３上に他の水平一軸（Ｘ軸）方向に移動可能に設け
たラム、５はラム４のコラム２前面側に設けた加工槽
で、図示しない被加工体を取り付け、加工液中浸漬状態
で加工電極６と相対向配置させる加工テーブルを備えて
いる。

【００１３】７は、コラム２上部の加工槽５側に延出し
たコラム前面２Ａに取付けられた加工ヘッドで、全体と
して中空柱状体で、下方先端に加工電極６の取付手段８
Ａを有するほぼ四角柱状のクイル８を、クイル後面とコ
ラム前面または加工ヘッド内面間等に設けた直線案内装
置９により、鉛直方向への駆動により直線移動自在に内
包保持して成る。１０Ａ及び１０Ｂは、前記クイル８の
鉛直方向と直角な方向の対向側面夫々に移動方向に沿っ
て所定個数列設される図示しない永久磁石と微小間隙を
介して相対向するように加工ヘッド７の両側面に設けら
れるヨークと巻回励磁コイルとから成る一対の電磁石装
置、即ち、所謂リニアモータの励磁固定子で、永久磁石
を取付けたクイル８をリニアモータの磁石取付板の可動
子として移動させるものである。

【００１４】図２乃至図４に基づき、以下にその詳細を
説明するように、本実施例は、本発明送り装置における
移動構造体を、前記型彫り放電加工機の加工電極送りク
イルに適用した場合の一例である。図２は、図１のＡ−
Ａ線に沿う加工ヘッド７部切断平面図、図３は同じくＢ
−Ｂ線に沿う切断左側面図、また図４は同じくＣ−Ｃ線
に沿う切断正面図である。

【００１５】図２乃至４において、７は前述加工ヘッド
で、該加工ヘッドは前記図２の平面図で示すように、こ
の実施例の場合は断面コの字状であるから、図示では、
例えば直線案内装置９のレール９Ａ、９Ａのように前記
コラム前面２Ａに取付けられているが、例えば断面口の
字状の場合には、前記レール９Ａ、９Ａやクイル８の位
置を検出するリニアスケール等は加工ヘッド７の内壁面
等の別の位置に設けられていることになる。また図示実
施例の場合加工ヘッド７は前面が開閉可能で、内装や組
立、調整を可能としている。

【００１６】クイル８は後述する構成のリニアモータの
可動子として駆動により、高速応答でかつ高速で、特に
電極ジャンプ作動の場合には、好ましくは往復とも、そ
して少なくとも長いストロークのジャンプ後の近接復帰
時には加速度が１Ｇ以上にも及ぶ高加速度で加速されて
移動し得るよう、より軽量に構成することが望ましく、
図示の場合四角柱状のクイル８は、中心に所望内径の貫
通孔８Ｂを穿った中空柱状の構成とし、さらに該中空柱
状のクイル８全体を一体の非金属の小比重の軽量体によ
って構成するようにするものである。

【００１７】この非金属の小比重の軽量体としては、具
体的には、繊維強化セラミックス、粒子分散強化セラミ
ックス、または、ウイスカ強化セラミックス等のセラミ
ックス系複合材であっても良い、例えばＡｌ_２Ｏ_３系や
ＺｒＯ_２系等の酸化物系セラミックス、またはＳｉＣ系
やＳｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セラミックス等の全体が
一体の焼結成形体とすることにより、クイル８本体のみ
の場合従来の鋼材による場合の約３分の1の重量とする
ことができる。

【００１８】セラミックスの場合の一具体例を挙げる
と、窒素硅素焼結体は、窒化硅素（Ｓｉ _３Ｎ_４）の粉末
粒子に焼結助剤を、或いは更に結晶化促進剤乃至は結晶
成長コントロール作用等を期待して、酸化系物のものも
あるが、多くは希土類元素酸化物、乃至は該希土類元素
酸化物に焼結能を高めるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＡｌＮ
等、或いは更にＢｅ、ＳｒＯ等を適宜添加したものを混
合し、アイソスタティックプレス乃至は準アイソスタテ
ィックプレス法により目的とする形状に成形した後、常
圧焼結法とガス圧焼結法を組合せた二段焼結するか、ホ
ットプレス又は熱間静水圧焼結をした後ガス圧焼結法に
よる後処理を行い、ダイアモンド工具による旋削加工仕
上げ後焼鈍処理するものである。かかるセラミックスに
よれば、前述軽量に止まらず、機械的強度が大きく高剛
性で、耐熱衝撃性及び耐摩擦性に優れ、熱膨張や熱変形
が少なく、前記クイルや工作機械の主軸等としても有用
なものである。

【００１９】本発明における非金属の小比重の軽量体と
しては、移動構成体の適用物によっては、例えば、炭素
繊維と通常熱硬化性プラスチックとから成る炭素繊維強
化プラスチックを使用するとができる。この場合、炭素
繊維のトウに未硬化の熱硬化性樹脂を含浸させて後硬化
処理する製作態様のものの外、炭素繊維を短繊維状とし
た樹脂との混合物を射出成形する製作物も使用可能であ
り、前述セラミックス製のものより可動子構造体を一段
と軽量に構成することができる。

【００２０】このようにして製作等された四角柱状のク
イル８は、移動軸に直角な背面側がコラム前面２Ａ等の
直線案内装置９に取付けられた状態で鉛直方向にバラン
ス良く直線に移動するように、クイル８の両側面に夫々
リニアモータを構成配置して構造体のクイル８を可動子
として作動せしめられる。このため、研削等して仕上げ
られた前記両側面に永久磁石片１１Ａ，１１Ｂを移動方
向に接着剤やねじ止めにより接着固定し、列設して設け
るのであるが、クイル８を前述のように非金属の小比重
の軽量体、例えば、セラミックス、Ｓｉ_３Ｎ_４製とする
と、リニアモータの可動子として張り付けられた永久磁
石片１１Ａ、１１Ｂの相互間等において、良好な磁気回
路が形成されないから、本発明の実施には、前記セラミ
ックス製クイル８の両側面に鉄板や電磁軟鉄等の軟磁性
材料の磁石板８Ｃを張りつけた上に永久磁石片１１Ａ、
１１Ｂを張りつけ固定するようにするものである。クイ
ル８をこのように、特にセラミックス製で、一体の中空
柱状体にすると、軽量であるから、慣性が小で制御の応
答性が高く、熱による膨張や変形も少ないから精度の高
い加工を可能とする送り装置が得られる。

【００２１】而して、軽量体のクイル８の鉛直方向の移
動を案内する前記直線案内装置９は、図示実施例の場
合、リニア・モーション・ボール（又はローラ）・ベア
リングのレール９Ａ、９Ａが、２本、所定の間隔を置い
て鉛直平行にコラム前面２Ａに取付けられ、これに対し
ベアリングブロック９Ｂ、９Ｂが、各レール９Ａ、９Ａ
毎に２個、鉛直方向に所定の間隔を置いて取付けられて
いて、両者を嵌合組み付け構成されている。

【００２２】上記のように、案内装置９を構成した場
合、クイル８が軽量体であっても、その上昇時及び下降
停止時に、チャック及び電極を含むクイルの重量と加速
度及びその変化による逆ラジアル方向の荷重が作用する
ことは事実で、これがコラム２及び加工ヘッド７を前方
及び下方へ撓ませる場合にはベアリング９、９の寿命を
損なうので、かかる場合には、図５の変更実施例のよう
に、加工ヘッド７の前面板７Ａとクイル前面との間に鉛
直方向に延びる直線案内、例えば、クロスローラベアリ
ング１７を設け、コラム前面２Ａに向けたラジアル荷重
を付与することにより前記逆ラジアル荷重を受けて、ク
イル８の上昇及び下降を案内させるようにすれば良い。

【００２３】１０Ａ、１０Ｂは、前記永久磁石片１１
Ａ、１１Ｂを夫々鉛直移動方向に取付けた軽量体クイル
８の両側面に微小間隙を介して相対向するように加工ヘ
ッド７の側板の窓部７Ｂ、７Ｃに夫々取付板１２Ａ、１
２Ｂにより取付けられたリニアモータ用の励磁固定子
で、夫々ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹとヨークの櫛歯部に
巻回した励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣとから成り、硅
素鋼板等の積層体から成るヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹの
櫛歯部後方の基部側の積層部には、冷却流体が流通する
冷却パイプ１４Ａ、１４Ｂを挿通する千鳥状の穴が設け
られている。

【００２４】図示構成の場合、永久磁石片１１Ａ、１１
Ｂを列状に片側２列張り付けた軽量体クイル８から成る
可動子と、ヨーク１０ＡＹ、１０ＢＹと励磁コイル１０
ＡＣ、１０ＢＣとから成る固定子とから成るリニアモー
タは、型式としては永久磁石可動型のリニア交流同期モ
ータ（ＬＳＭ）で、磁石片列に応じ、励磁コイル１０Ａ
Ｃ、１０ＢＣも、片側夫々２列設けているが、磁石片列
を各１列として励磁コイルを各１個としても良い。ま
た、当該リニア交流同期モータ（ＬＳＭ）は、リニア直
流モータ（ＬＤＭ）のコイル電流を３相としたものであ
るから、リニアモータとしては、このリニア直流モータ
（ＬＤＭ）を使用することが出来るだけでなく、より高
速駆動が可能なリニア交流誘導モータ（ＬＩＭ）も使用
しても良い。但し、このリニア交流誘導モータ（ＬＩ
Ｍ）の場合には、可動子と固定子の間に磁気吸引力では
なく、磁気反発力が発生作用することになる。

【００２５】何れにしても、本発明は、軽量体からなる
クイル８等の可動子構造体の移動方向と直角水平な左右
の両側面にリニアモータを形成して設けることにより、
クイル８の左右両側におけるリニアモータの可動子と固
定子間の磁気吸引力（反発力）をバランスさせて打ち消
させ、この水平左右方向の力の打消し合いによりクイル
８の軸運動の真直性を向上させ、直線案内装置９に与え
る負荷を著しく軽減させることができる。そしてこの、
クイル８の左右両側面に於ける磁気吸引力（反発力）を
平衡させて打消させ得るように、ヨーク１０ＡＹ、１０
ＢＹの各取付板１２Ａ、１２Ｂの背板面に分布して設け
た押しねじと引きねじにより、ヨーク１０ＡＹ、１０Ｂ
Ｙの傾き調整及び／または前後進位置決めにより、可動
子側永久磁石１１Ａ、１１Ｂの板面と各ヨーク１０Ａ
Ｙ、１０ＢＹ間の間隙を等しく、図示の場合左右の各リ
ニアモータの磁気吸引力が等しくなるように間隙調整が
可能に構成されているものである。勿論、調整設定後
は、前記押しねじと引きねじを、固定剤で固定するよう
にしてもよい。

【００２６】１３は、軽量体クイル８の直線移動位置を
検出する高検出速度のリニアスケールで、図示の場合ス
ケール１３Ａがクイル８前面に、これに対向する加工ヘ
ッド７前方内面にセンサ１３Ｂが取付けられ、検出位置
信号を移動位置指令信号が与えられる駆動装置にフィー
ドバックして、励磁コイル１０ＡＣ、１０ＢＣに制御さ
れた作動信号を出力する。而して、前記図５の変更実施
例の場合は、このリニアスケール１３が、クイル８背面
とコラム前面２Ａとの間に設けられているが、その機能
や作動等は、前述のものと実質上同一のものである。

【００２７】以上の構成であると、下方先端に電極取付
手段８Ａを有する軽量体クイル８の荷重を重力に抗して
持ち上げておく構成がない。このため前述の先行技術で
は、カウンターバランス手段が設けられているが、クイ
ル８の上昇、下降に於ける加速度が重力の加速度１Ｇ程
度、またはそれ以上になると、バランサが応答できず振
動することになる。このため本発明ではクイル８をコラ
ム２または加工ヘッド７に保持させる手段として、シリ
ンダ１５Ａ、ピストン１５Ｂ、ロッド１５Ｃ及び図示し
ないバルブ、配管等から成るエアバランサ１５を少なく
とも１個設けたもので、該エアバランサ１５は、シリン
ダ１５Ａまたはロッド１５Ｃの一方をコラム２（ヘッド
７）またはクイル８の一方に固定し、かつ夫々他方同志
を連結乃至固定することによりクイル８をコラム２（又
はヘッド７）に保持させることができるものである。し
かるところ、図示実施例の場合はバランス良く、かつ省
スペース状態とするためにエアバランサ１５のシリンダ
１５Ａをクイル８の貫通孔８Ｂに同軸状に挿入し、上縁
部のフランジ部１５Ｄでクイル８と連結し、ロッド１５
Ｃの上端を連結杆１６を介してコラム２に連結固定した
ものである。

【００２８】そして、図６に示すように、このエアバラ
ンサ１５にはコンプレッサ等の空気圧源１８から、例え
ば約７ｋｇ／ｃｍ^２の圧縮空気が、エアドライア１９、
出力３ｋｇ／ｃｍ^２のエアレギュレータ２０、及び出力
２.５ｋｇ／ｃｍ^２の精密エアレギュレータ２１を介し
て、シリンダ１５Ａの上室１５ＲＵに加圧空気が導入さ
れ、下室１５ＲＤは実質上開放された状態とすると、エ
アバランサ１５は、左右の両リニアモータが作動して可
動子のクイル８を送り制御及び位置決めした位置にシリ
ンダ１５Ａと一体に持ち上げ保持した状態を保ち、ここ
でクイル８が下降送りされると増圧するが、所定値を越
えると、精密エアレギュレータ２１で一定圧に制御され
ている上室１５ＲＵのエアは排出されて一定圧に戻り、
逆にクイル８が上昇すると減圧する上室１５ＲＵにエア
が急速に送り込まれて一定圧となるようにハイ・レリー
フバルブ付等の精密エアレギュレータ２１が作動し、低
イナーシャ（低慣性モーメント）でクイル８の重量バラ
ンスを取り、高速応答を可能としている。

【００２９】またクイル８の上昇、下降に伴うエアバラ
ンサ１５に対する精密エアレギュレータ２１からの加圧
空気の供給と排気の作動の態様としては、正常な放電加
工状態でのサーボ制御による間隙変化長さが、前述約１
０〜１００μｍ程度以内の状態のときは応答せず、前記
間隙変化長さが、上記正常状態中のサーボ制御による間
隙変化長さ以上、例えば、約２００μｍを越える異常状
態回避のサーボ制御送りの時、または周期的作動か、間
隙状態検出判別による作動で、設定最低ストロークが約
２００μｍ以上である電極ジャンプ時に、加圧空気の給
排が応答するように、クイル８とエアバランサ１５間
か、エアバランサ１５と連結杆１６の間等に、クイル８
の前記約２００μｍ以内の上昇、下降の移動では、シリ
ンダ上室１５ＲＵ内の圧力が、精密エアレギュレータ２
１が作動する迄変動しないように、その機械的連結に、
上記約２００μｍ程度の隙間等によるガタまたはバック
ラッシュを持たせておく構成とすることが、正常状態で
のサーボ送り制御上好ましいようである。なおこの場
合、例えば上記正常加工状態が継続して、加工送り込み
長さの累計が、上記約２００μｍ以上に達したら、精密
エアレギュレータが作動するようになること当然であ
る。

【００３０】上述図１〜６中に於ける本発明の好ましい
実施例は、図２又は図５の加工ヘッド部の切断平面図に
於いて、第１に送り駆動手段としてリニアモータを用い
ることであるが、下方直下先端に電極等の取付手段を有
するクイル自体をそのリニアモータの可動子として構成
すること、そしてクイルの軸と直交する対向側面にリニ
アモータを夫々１個又は２個設けて強い磁気吸引力また
は反発力を相殺させた状態で軸方向に駆動送りする構成
とし、この目的のためにリニアモータの可動子クイルと
ヨークと励磁コイルとから成る固定子間の対向微小間隙
を調整設定し得るように構成し、そして、折角使用する
リニアモータの高速応答及び高速移動特性が損なわれな
いように被駆動の可動子クイルを軽量とするためにクイ
ル軸芯に穴を穿った中空柱状体とし、そして、さらによ
り軽量で熱影響の少ない可動子クイルとするために前記
中空柱状体のクイルを焼結成形したセラミック製、また
は炭素繊維強化プラスチック製とするものであり、そし
てこの軽量になった可動子クイルを、好ましくは、エア
バランサを設けて支え、可動子クイルが低イナーシャ
で、バランス良く保持され、かくすることにより、サー
ボ制御送りに於て、０.１μｍ以下の最小設定単位長さ
の送りを数ｍｓｅｃまたはそれ以下の応答速度で制御を
行うと共に、電極ジャンプに於いて、加速度が１Ｇ以上
となる場合にも円滑に応答して高速で移動し、加工休止
時間を少なくして、リブ加工を実行させる等、本発明の
目的を如何なく発揮させることができるものである。

【００３１】図７は、本発明の別の実施例を示す前述図
２及び図５と同様な型彫り放電加工機の図１Ａ−Ａ線に
沿う切断平面図で、同一物または同一作用物には同一の
符号が付されている。前述図２及び図５のものと相違す
る点は、セラミックス製等の構造体クイル８が、切断平
面図に於て、口の字状の四角形中空柱状体であること
と、励磁固定子１０Ａ，１０Ｂと永久磁石片１１Ａ，１
１Ｂを設けた磁石板８Ｃ，８Ｃとから成る２つのリニア
モータと、例えば、クロスローラベアリング等から成る
直線案内装置９，９とが互いに直角にクロスして、加工
ヘッド７に側面四方から案内支持及び直線送り駆動され
るように構成されていること、及び前記クイル８を保持
するエアバランサ１５のシリンダ１５Ａがコラム２等固
定側に設けられ、クイル８がピストンロッド１５Ｃに連
結杆１６を介して連結され、図示しないピストン１５Ｂ
と一体に昇降する構成となっている点のみである。かか
る構成によれば、バランス良く確実に保持されている以
上、リニアモータによるクイル８昇降の作動時に、クイ
ル８に対する駆動軸芯と案内軸芯とが、クイル８の中心
軸に重なってあるかの如くに作動することになり、直線
案内装置９，９に負担がかかりにくく好ましいが、リニ
アモータの間隙や案内装置９，９の調整に配慮した構成
とすることが必要な場合がある。また、必要ならば、エ
アバランサ１５のシリンダをコラム２の左右両側に２個
設け、クイル８を支持させるようにしてもよい。

【００３２】図８は、また本発明の別の実施例を示す前
述図７と同様な切断平面図で、セラミックス製等の構造
体クイル８が、切断平面図に於て、Ｔ字型をしている点
で前述迄の実施例のものと相違するが、この実施例はク
イル８の前面８Ｄ（図では上方）に突出して、例えば回
転割出し（Ｃ軸）を兼ねる回転駆動源モータ（Ｒ軸）を
有する電極等工具主軸を取付けようとする物の一例であ
る。この場合、構造体クイル８は、長尺の板状体の２枚
の板を組合わせ結合した構成であっても良く、例えば、
Ｔの字の柱の部分が前述図２に示した中空柱状のクイル
８で、その前面に板状体を組合わせ結合した構成とする
ことが考えられる。又クイルの前面８Ｄを水平面と一致
させて水平に配置すると、水平２軸の一方又は両方のサ
ドルやラム、あるいはテーブルを載置して取付けた水平
軸の駆動構造体の送り装置とすることができ、この水平
方向の送り装置とするときには、前述したようなカウン
タバランサやエアバランサ等は不要となる。

【００３３】図９は、また別の実施例の、紙面表裏方向
に移動する小型の位置決めテーブル８等の切断正面図
で、左右両方にあるリニアモータ１０Ａ，１０Ｂは、夫
々の磁気吸引力を相互に相殺している点で、前述実施例
のものと同様で、上記テーブル８等をセラミックス製や
炭素繊維強化プラスチック製等の非金属の小比重軽量体
で構成することにより、高応答性で、高速度で移動さ
せ、かつ制御することができるようになる。

【００３４】以上は、本発明を図示した実施例をもと
に、放電加工の場合を主に説明を加えたが、上述した本
発明の精神を逸脱しない範囲で、各部に種々の変更を加
え、工作機械等の送り装置としての実施が可能なもので
ある。例えば、電源が無停電電源でない場合、停電する
とクイル８が落下することになるから、停電時に作動し
てクイル８をコラム２又は加工ヘッド７に固定するメカ
ロック機構を設けることが推奨される。また、この可動
子クイルの落下防止のための前述メカロックに代えて、
設定下死点以下への移動を防止する、好ましくは調整可
能な下ストッパをクイル８とコラム２または加工ヘッド
７間、或いは電極取付手段８Ａと加工槽内加工テーブル
間に設けるとか、図３等に示したように、リニアモータ
への磁性塵埃の進入を防止するための加工ヘッド７の上
下を閉塞する蛇腹の取付及びその構成、さらにリニアエ
ンコーダ１３とともに、またはこれに代えて永久磁石１
１Ａ又は１１Ｂの位置を検出する磁電変換素子等のポー
ルセンサをヨーク１０ＡＹ又は１０ＢＹに設けるように
しても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、リニア
モータを駆動送り手段として組み込んだ被駆動移動構造
体を含む送り装置を、駆動により往復等させる直線運動
を軸運動の直線性を向上させた状態でバランス良く高速
度で行わせ得ると共に、高応答性で、高い制御性を有す
るように構成することができる。そしてこれを、形彫り
放電加工機に適用した場合について見ると、主としてほ
ぼ鉛直方向の加工電極送りの駆動源にリニアモータを用
いた場合に、その鉛直方向の、加工のためのサーボ制御
送りや加工屑等排除のための電極ジャンプ等の直線往復
運動を軸運動の直線性を向上させた状態で、バランス良
く、そして真に所定の高速度で移動させることができる
と共に、高速応答性で、高い制御性を有することとな
り、上記サーボ制御送り状態での正常で良好な放電加工
を実現させて、加工性能を一段と向上させると共に、電
極ジャンプを使用する加工における加工性能を一段と向
上させることができるようになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の送り機構を搭載した形彫り放電加工機
の全体構成を示す斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断平面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断左側面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う加工ヘッド部の一実施例
の切断正面図。

【図５】図２と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う加工ヘッ
ド部の異なる実施例の切断平面図。

【図６】図３の切断左側面図に一実施例のエアバランサ
用エア供給源を付加して示した図。

【図７】図２又は図５と同じく、図１のＡ−Ａ線に沿う
加工ヘッド部の異なる実施例の切断平面図。

【図８】図７と同じく、さらに異なる実施例の切断平面
図。

【図９】また、別の実施例のテーブル等に適用した場合
の切断正面図。

【符号の説明】

１ベッド２コラム３サドル４ラム５加工槽６加工電極７加工ヘッド８クイル８Ａ電極取付手段８Ｂ中空貫通孔８Ｃ軟磁性板９直線案内装置１０Ａ，１０Ｂ励磁固定子１０ＡＹ，，１０ＢＹヨーク１０ＡＣ，１０ＢＣ励磁コイル１１Ａ，１１Ｂ永久磁石１２Ａ，１２Ｂ固定子取付板１３リニアスケール１４Ａ，１４Ｂ冷却液パイプ１５エアバランサ１５Ａシリンダ１５Ｂピストン１５Ｃロッド１５ＲＵシリンダ上部室１５ＲＤシリンダ下部室１６連結杆１７リニアクロスローラベアリング１８エア供給源１９エアドライヤ２０エアレギュレータ２１精密エアレギュレータ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年６月９日（１９９９．６．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータを駆
動源として使用する工作機械等の送り装置に係るもので
あり、マシニングセンタ等の工作機械の主軸、特に形彫
り放電加工機のクイルまたは加工ヘッドの鉛直方向の送
り装置として、高速性、高応答性及び高制御性等の点か
ら好適なものであるが、上記高応答性及び高制御性等の
点によれば、上記形彫り放電加工機の水平２軸（Ｘ，
Ｙ）及びワイヤ放電加工機のワイヤ電極軸とほぼ直角な
平面２軸の各制御送り装置として有用なものであり、更
にリニアモータを駆動源として使用する各種製造装置や
検査装置の位置決めテーブルまたはステージ等の各軸制
御送り装置としても使用可能なものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】そして、放電加工機の分野に於いても、例
えば、送り装置の機構部に動力変換機構がなくて、直線
移動可能に主軸を案内支持する直線案内装置とリニアモ
ータとの組み合わせ構成体とした形彫り放電加工装置が
特開平５−１０４，３３２号公報によって提案されて居
り、また、特開平８−３０９，６２０号公報によれば、
形彫り放電加工装置のＺ軸のみならず、Ｘ及びＹの全軸
をリニアモータを駆動手段として利用する送り装置を使
用し、微小な放電加工間隙を所望目標値に微細に制御す
るものとして提案されている。そして、またさらに特開
平８−３１８，４３３号公報によれば、ワイヤカット放
電加工機に於いて、複数の軸方向における相対送りの送
り機構にリニアモータを組み込み具備し、該リニアモー
タによる直線駆動によって、各軸方向の相対送りを得る
ようにすることにより、従来の送り装置の回転−直動変
換機構内に有ったバネ定数要素を削減し、送り移動系の
サーボゲインを高く設定することを可能として高応答性
とし、放電加工の高速化と精度向上とを得ることが出来
るようになったと主張している。しかしながら、本発明
者等は、この、リニアモータを搭載した形彫り放電加工
機も、ワイヤカット放電加工機も見たことがなく、市販
されたとも聞かない。その理由としては、種々のことが
考えられるが、恐らく、目的とする程には、期待する性
能が得られなかったのではないかと思われる。そしてこ
のことは、上記各公報に於ける開示内容を見ると、明ら
かなようである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】例えば、前述の特開平５−１０４，３３２
号公報に記載のものの場合、主軸に連結されているガイ
ド機構には、工作機械の直線ガイド機構として用いられ
るリニア・モーション・ボール・ベアリング（直動球軸
受）が組み込まれていて、循環するボールで直動方向に
直角な２つの方向の引張り、圧縮（またはラジアル）荷
重に対し等剛性となるように配置されていて、放電加工
中の主軸の高速応答の位置制御に対して充分な剛性を有
し、主軸の滑らかな運動を確保している等と開示してい
るが、主軸の落下防止の保持に就いては何等開示がな
い。前記落下防止の保持に、リニアモータによる上方へ
の持ち上げ推力を連続的または間歇的に付与するように
作用させているにしても、主軸をリニアモータに特有の
数１０ｍ／ｍｉｎまたはそれ以上の高速でジャンプ等の
運動をさせようとすると、その加速度が大きく、例え
ば、１Ｇ以上になる場合があると、上記のリニア・モー
ション・ボール・ベアリングによる直動案内のみでは、
逆ラジアル荷重が高く作用する可能性があり、またリニ
アモータ３，５はコラム前面と主軸背面間の一面に形成
されているのみであるから、主軸１とコラム前面間には
強い磁気吸引力または反発力が作用するので、ベアリン
グ案内に負荷を与え、撓みが発生し、送り移動が円滑に
行えなくなる可能性があり、円滑で、高速度の上昇、下
降は期待できない。このため、前述ジャンプ等の移動速
度は、従来型の回転モータ使用の場合の数１００ｍｍ／
ｍｉｎから、本発明者等が提案した２，０００ｍｍ／ｍ
ｉｎ、高くても５，０００ｍｍ／ｍｉｎ程度以下の移動
速度を想定していたものと思われる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】また、（２）前述の本発明の目的は、前記
可動子構造体を構成する非金属の小比重軽量体が、繊維
強化セラミックス、粒子分散強化セラミックス、また
は、ウイスカ強化セラミックスを含むＡｌ_２Ｏ_３系やＺ
ｒＯ_２系等の酸化物系セラミックス、またはＳｉＣ系や
Ｓｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セラミックスで、全体が一
体の焼結成形体から成る前記（１）に記載の工作機械等
の送り装置とすることにより、より良く達成される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また、前述の本発明の目的は、（３）前記
可動子構造体を構成する非金属の小比重軽量体が、炭素
繊維強化プラスチック製で、全体が一体物から成る前記
（１）に記載の工作機械等の送り装置とすることによ
り、より良く達成される。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】また、前述の本発明の目的は、（４）前記
可動子構造体が、前記移動方向に延びる全体として中空
柱状体、または前記移動方向と直交する断面が、Ｔ字状
で移動方向に延びる柱状体から成る前記（１）、
（２）、または（３）に記載の工作機械等の送り装置と
することにより達成される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】セラミックスの場合の一具体例を挙げる
と、窒化硅素焼結体は、窒化硅素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の粉末
粒子に焼結助剤を、或いは更に結晶化促進剤乃至は結晶
成長コントロール作用等を期待して、酸化系物のものも
あるが、多くは希土類元素酸化物、乃至は該希土類元素
酸化物に焼結能を高めるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ａｌ
Ｎ等、或いは更にＢｅ、ＳｒＯ等を適宜添加したものを
混合し、アイソスタティックプレス乃至は準アイソスタ
ティックプレス法により目的とする形状に成形した後、
常圧焼結法とガス圧焼結法を組合せた二段焼結するか、
ホットプレス又は熱間静水圧焼結をした後ガス圧焼結法
による後処理を行い、ダイアモンド工具による旋削加工
仕上げ後焼鈍処理するものである。かかるセラミックス
によれば、前述軽量に止まらず、機械的強度が大きく高
剛性で、耐熱衝撃性及び耐摩耗性に優れ、熱膨張や熱変
形が少なく、前記クイルや工作機械の主軸等としても有
用なものである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】而して、軽量体のクイル８の鉛直方向の移
動を案内する前記直線案内装置９は、図示実施例の場
合、リニア・モーション・ボール（又はローラ）・ベア
リングのレール９Ａ、９Ａが、２本、所定の間隔を置い
て鉛直平行にコラム前面２Ａに取付けられ、これに対し
ベアリングブロック９Ｂ、９Ｂが、各レール９Ａ、９Ａ
毎に２個、鉛直方向に所定の間隔を置いてクイル８に取
付けられていて、両者を嵌合組み付け構成されている。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】またクイル８の上昇、下降に伴うエアバラ
ンサ１５に対する精密エアレギュレータ２１からの加圧
空気の供給と排気の作動の態様としては、正常な放電加
工状態でのサーボ制御による間隙変化長さが、前述約１
０〜１００μｍ程度以内の状態のときは応答せず、前記
間隙変化長さが、上記正常状態中のサーボ制御による間
隙変化長さ以上、例えば、約２００μｍを越える異常状
態回避のサーボ制御送りの時、または周期的作動か、間
隙状態検出判別による作動で、設定最低ストロークが約
２００μｍ以上である電極ジャンプ時に、加圧空気の給
排が応答するように、クイル８とエアバランサ１５間
か、エアバランサ１５と連結杆１６の間等に、クイル８
の前記約２００μｍ以内の上昇、下降の移動では、シリ
ンダ上室１５ＲＵ内の圧力が、精密エアレギュレータ２
１が作動する迄変動しないように、その機械的連結に、
上記約２００μｍ程度の隙間等によるガタまたはバック
ラッシュを持たせておく結合構成とすることが、正常状
態でのサーボ送り制御上好ましいようである。なおこの
場合、例えば上記正常加工状態が継続して、加工送り込
み長さの累計が、上記約２００μｍ以上に達したら、精
密エアレギュレータが作動するようになること当然であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野定男神奈川県横浜市緑区長津田町5289番地株式会社ケイ・エッチ・エス長津田事業所内Ｆターム(参考） 3C048 AA01 BB01 BB03 BB10 BC01 DD01 DD26 3C059 AA01 AB01 AB05 DE04 DE09 JA04 JA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リニアモータによって駆動される被駆動移
動構造体の一部以上がリニアモータの可動子を兼用する
送り装置において、前記構造体が非金属の小比重の軽量
体からなると共に、一軸に直角で移動方向に平行に延び
る一対の面を有してなり、該構造体を固定部に対して前
記移動方向に直線移動自在にガイドに保持する直線案内
装置と、前記一対の面に接着取付けた軟磁性板と、該各
軟磁性板に構造体の前記移動方向に間隔を置いて所望数
接着取付けられた永久磁石片の列と、該永久磁石片の列
が設けられた構造体の各面に微小間隙を隔てて相対向す
るよう固定部に取付けられたヨーク鉄芯と巻回励磁コイ
ルとから成る一対のリニアモータの励磁固定子と、前記
移動方向の可動子構造体の固定部に対する移動位置を検
出するように両者間に前記移動方向に沿って取付けられ
た位置検出装置とを備えて成ることを特徴とする工作機
械等の送り装置。
【請求項２】前記可動子構造体を構成する非金属の小比
重軽量体が、繊維強化セラミックス、粒子分散強化セラ
ミックス、またはウイスカ強化セラミックスを含むＡｌ
_２Ｏ_３系やＺｒＯ_２系等の酸化物系セラミックス、また
はＳｉＣ系やＳｉ_３Ｎ_４系等の非酸化物系セラミックス
で、全体が一体の焼結成形体から成るものであることを
特徴とする請求項１に記載の工作機械等の送り装置。
【請求項３】前記可動子構造体を構成する非金属の小比
重軽量体が、炭素繊維強化プラスチック製で、全体が一
体物から成るものであることを特徴とする請求項１に記
載の工作機械等の送り装置。
【請求項４】前記可動子構造体が、前記移動方向に延び
る全体として中空柱状体、または前記移動方向と直交す
る断面がＴ字状で移動方向に延びる柱状体から成るもの
であることを特徴とする請求項１、２、または３に記載
の工作機械等の送り装置。