JP2003181739A

JP2003181739A - 加工装置

Info

Publication number: JP2003181739A
Application number: JP2001386505A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kurihara; 雅樹栗原; Yoshio Nakajima; 吉男中島; Ikumori Ootake; 生司大竹; Norio Michigami; 典男道上; Shinji Tanaka; 慎治田中
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】加工装置を剛に支持して、テーブル移動時に
発生する床振動を低減すると共に、加工装置の構造に起
因する振動の発生を抑制することができる加工装置を提
供すること。【解決手段】テーブル駆動用コントローラ４０に入力
されるＸテーブル７の移動指令に基づいて、錘１８を左
右方向に移動させ、Ｘテーブル７が移動することにより
床１に伝えられる力を相殺させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベッド上に、水平
方向に移動自在の水平移動部を備える加工装置に係り、
水平移動部の移動に伴って発生する床振動を低減するこ
とができる加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、レーザ光を用いてプリント基板
等に穴明け加工をするレーザ穴明け加工機は、ベッド上
に水平方向に移動するＸテーブルと、Ｘテーブルに載置
されＸテーブルの移動方向と直交する水平方向に移動す
るＹテーブルと、固定のレーザ光源と、回転自在に支持
され、レーザ光を走査させるた反射ミラー等とを備えて
いる。

【０００３】そして、加工をするときには、プリント基
板を予め定める大きさの加工領域に区分し、区分した任
意の加工領域の中心をレーザ光の中心に位置決めした
後、レーザ光を走査させて加工を行い、当該加工領域内
の穴の加工が終了すると、ＸテーブルとＹテーブルを動
作させてプリント基板を次の加工領域に移動させる。以
下、加工が終了するまで、上記の動作を繰り返す。

【０００４】ここで、Ｘテーブルを移動させると、レー
ザ穴明け加工機には、ＸテーブルおよびＸテーブルに載
置された部材の質量に加速度を掛けた大きさの加振力が
水平方向に発生する。この加振力の作用点は床よりも高
い所にあるため、この加振力と作用点の高さで決まるモ
ーメント力により、レーザ穴明け加工機には、床の剛性
とレーザ穴明け加工機の回転慣性によって決まる固有振
動数の回転振動（ロッキング振動）が発生する。そし
て、レーザ穴明け加工機の重心を挾み、レーザ穴明け加
工機の両側に配置されたレベリングボルトの一方から伝
達される加振力は床を押し下げる方向に作用し、他方か
ら伝達される加振力は床を引き上げる方向に作用する。
この結果、床には上下方向の振動が発生する。

【０００５】また、Ｙテーブルを移動させる場合も、Ｘ
テーブルを移動させた時と同様に、床には上下方向の振
動が発生する。

【０００６】したがって、加工能率を向上させようとし
て、ＸテーブルまたはＹテーブル（以下、両者をまとめ
てＸテーブルという。）を高速で移動させると、床の振
動が大きくなる。

【０００７】レーザ穴明け加工機が基礎のしっかりした
建物の１階に設置された場合、床振動はそれほど大きく
ならない。しかし、レーザ穴明け加工機が２階以上の床
に設置された場合、これらの床は１階ほどの剛性や質量
を持たないことが多いため、レーザ穴明け加工機を稼働
させると、床に大きな振動とこれに伴う騒音が発生する
場合がある。このような振動や騒音は、作業者にとって
不快感を引き起こすだけでなく、加工精度および加工能
率の低下を招く。さらに、繰り返し振動により建物の強
度が低下する場合がある。

【０００８】ところで、機器の振動を床に伝達させない
ようにするために、従来から弾性体とダンパとからなる
防振部材を機器の基礎部に設ける振動対策がなされてい
る。しかし、レーザ穴明け加工機をこのような防振部材
で柔に支持すると、ロッキング振動が大きくなってしま
うため、Ｘテーブルの水平変位が防振部材で支持しない
場合に比べて大幅に増大し、位置決め制御性が低下す
る。また、レーザ穴明け加工機を柔支持した場合、Ｘテ
ーブルが移動することにより各防振装置の支持荷重が変
化するため、レーザ穴明け加工機の水平度が変化して高
精度な加工を行うことが困難になる。したがって、レー
ザ穴明け加工機を防振部材により柔に支持することは適
切ではない。

【０００９】そこで、特開平５ー７９５３１号公報で
は、風による建物の水平方向の振動を制振するため、建
物の振動変位の大きい位置に、直動拘束機構により拘束
された付加質量と付加質量を移動させるＡＣモータやリ
ニアモータ等のアクチュエータとからなる複数台のアク
ティブ方式の動吸振器（アクティブマスダンパ）を設け
ている。そして、建物の高さ方向に配置した加速度セン
サもしくは速度センサにより、風を受けることにより建
物に発生した水平方向の振動状態を検出し、フィードバ
ック制御により付加質量を移動させることにより、風荷
重等による建物の振動を抑制している。したがって、こ
のようなアクティブマスダンパを採用し、アクティブマ
スダンパの付加質量を移動させることにより、Ｘテーブ
ルの移動による水平方向の加振力を減衰させて、床振動
を抑制することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記技術の場
合、上記ロッキング振動を減衰させることは考慮されて
いない。

【００１１】また、Ｘテーブルの移動時間は瞬時である
ため、フィードバック制御のように振動が発生してから
アクティブマスダンパを動作させるため、時間遅れが発
生する。

【００１２】さらに、レーザ穴明け加工機に内在するガ
タ等により、弾性体であるレーザ穴明け加工機自体に振
動数の高い振動モードが励起されることがある。この場
合、発生した大きな加速度がレーザ系あるいはＸテーブ
ルの位置決め精度に悪影響を与えることがあるが、ＡＣ
モータとボールねじを組み合わせた駆動機構では応答速
度を速めることが困難であるため、発生した振動に合わ
せて付加質量を動かすことができない。

【００１３】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、加工装置を剛に支持して、テーブル移動時
に発生する床振動を低減すると共に、加工装置の構造に
起因する振動の発生を抑制することができる加工装置を
提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、ベッド上に、水平方向に移動自
在な水平移動部とその駆動手段を備えた加工装置におい
て、前記ベッド上に配置され、錘を水平方向に移動自在
に支持する支持装置と前記錘を駆動する錘駆動装置とか
らなる慣性力発生手段を設け、前記駆動手段に入力され
る入力信号に基づいて前記錘を移動させ、前記水平移動
部の移動により床に伝えられる力を小さくすることを特
徴とする。

【００１５】また、請求項２の発明は、ベッド上に、水
平方向に移動自在な水平移動部とその駆動手段を備えた
加工装置において、前記ベッド上に配置され、錘を水平
方向に移動自在に支持する支持装置と前記錘を駆動する
錘駆動装置とからなる慣性力発生手段と、前記ベッドの
支持部と床との間に配置され、付加された力に応じて信
号を出力する複数のロードセルと、を設け、前記ロード
セルから出力される信号に基づいて前記錘を移動させ、
前記ロードセルに付加される力を小さくすることを特徴
とする。

【００１６】また、請求項３の発明は、ベッド上に、水
平方向に移動自在な水平移動部とその駆動手段を備えた
加工装置において、前記ベッド上に配置され、錘を水平
方向に移動自在に支持する支持装置と前記錘を駆動する
錘駆動装置とからなる慣性力発生手段と、振動センサ
と、を設け、前記振動センサを前記加工装置に載置し、
前記振動センサの出力信号に基づいて前記錘を移動さ
せ、前記振動センサの出力信号を小さくすることを特徴
とする。

【００１７】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
３のいずれか１項において、軸受の回りに回転自在のて
こ部材を設け、前記錘を前記てこ部材の一方の端部に配
置し、前記てこ部材の他方の端部を前記錘駆動装置に接
続することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１の実施形態に係る穴
明け加工機の正面図、図２はアクティブマスダンパの詳
細図である。

【００２０】穴明け加工機２のベッド６は、レベリング
ボルト５により床１に支持されている。レベリングボル
ト５と床１との間には、ロードセル４ａ、４ｂが配置さ
れている。ロードセル４ａ、４ｂは、コントローラ４１
に接続されている。ベッド６の上面には、リニアガイド
１５ａのレール９ａが固定されている。Ｘテーブル７
は、リニアガイド１５ａのスライドユニット８ａに固定
され、図の左右方向（Ｘ方向）に移動自在である。Ｘテ
ーブル７に保持された図示を省略するボールナットは、
ボールねじ１０ａに螺合している。ボールねじ１０ａ
は、モータ１１ａにより駆動される。モータ１１ａは、
テーブル駆動用コントローラ４０に接続されている。な
お、Ｘテーブル７には、図示を省略するＹテーブルが紙
面に垂直なＹ方向に移動自在に支持されており、このＹ
テーブル上に基板が載置されている。そして、Ｘテーブ
ル７とＹテーブルをそれぞれ移動させることにより、Ｙ
テーブル上の基板を水平方向任意の位置に位置決めする
ことができる。

【００２１】ベッド６の上面に固定された門型フレーム
１２には、図示を省略するレーザ源と、このレーザ源か
ら出力されるレーザ光を加工位置まで案内する光学系と
が配置されている。

【００２２】ベッド６の内部には、架台２０が固定され
ている。架台２０には、アクティブマスダンパ３が配置
されている。図２に示すように、モータスタンド１３
と、一対の軸受スタンド１９ａと、リニアガイド１５ｂ
のレール９ｂは、架台２０に固定されている。固定ブロ
ック１７は、リニアガイド１５ｂのスライドユニット８
ｂに固定され、図の左右Ｘ方向に移動自在である。固定
ブロック１７の内部に固定されたボールナット１６は、
ボールねじ１０ｂに螺合している。ボールねじ１０ｂは
軸受スタンド１９ａに回転自在に支持され、一方の端部
は、カップリング１４を介して、モータスタンド１３に
支持されたＡＣモータ１１ｂの出力軸に接続されてい
る。ＡＣモータ１１ｂは、コントローラ４１に接続され
ている。錘１８は、固定ブロック１７の外周に固定され
ている。コントローラ４１は、テーブル駆動用コントロ
ーラ４０に接続されている。

【００２３】なお、図示を省略するが、ベッド６のＹ方
向には、図２に示すアクティブマスダンパと構造が同じ
で、他の錘をＹ方向に移動させる他のアクティブマスダ
ンパ（以下、「Ｙアクティブマスダンパ」という。）が
配置されており、Ｙ方向に配置されたレベリングボルト
と床１との間にも、それぞれロードセル（以下、「Ｙロ
ードセル」という。）が配置されている。そして、Ｙア
クティブマスダンパの錘を移動させるモータおよびＹロ
ードセルは、それぞれ他のコントローラに接続されてい
る。

【００２４】次に、この実施の形態における動作を説明
する。なお、Ｘテーブル７の移動時間を最小にするた
め、予め移動時における速度パターン、すなわち、加速
時および減速時の加速度と定速度とが定められている。
また、スライドユニット８ｂすなわち錘１８は、移動ス
トロークの中心を原点位置として配置されている。

【００２５】上位のコントローラからＸテーブル７を移
動するように移動指令が出力されると、テーブル駆動用
コントローラ４０は、この移動指令に基づいてモータ１
１ａに電流指令信号あるいは電圧指令信号を出力してモ
ータ１１ａを駆動する。

【００２６】コントローラ４１は、モータ１１ａに出力
された電流指令信号あるいは電圧指令信号に基づいて錘
１８による慣性力がＸテーブル７移動時の水平加振力に
よるモーメント力と逆位相になるように、ＡＣモータ１
１ｂを動作させる。すなわち、図１において、Ｘテーブ
ル７を右方に移動させる場合、移動を開始する加速時に
は錘１８を左方に移動させる。また、移動を終了する停
止時には錘１８を右方に移動させる。このように、Ｘテ
ーブル７の移動に合わせて錘１８を移動させるというフ
ィードフォワード制御を行うことにより、ロッキング振
動の発生を予め抑制することができる。したがって、床
振動は予防される。

【００２７】また、ロードセル４ａ、４ｂの出力値をフ
ィードバックして錘１８を移動させるフィードバック制
御により、さらに確実にロッキング振動の発生、すなわ
ち、床振動の発生を抑制することができる。

【００２８】なお、ロードセル４ａとロードセル４ｂの
出力は逆位相になるため、アクティブマスダンパ３を制
御するための信号としては、いずれか一方の出力あるい
は両者の出力の絶対値の和を用いればよい。

【００２９】また、Ｙテーブルを移動させる場合には、
上記と同様にして、Ｙアクティブマスダンパの錘をＹ方
向に移動させるフィードフォワード制御およびＹロード
セルの出力値をフィードバックして錘を移動させるフィ
ードバック制御により、床振動の発生を抑制することが
できる。

【００３０】なお、図３に示すように、ＡＣモータ１１
ｂを架台２０の上板２０ａの下側に配置するようにして
もよい。すなわち、ボールねじ１０ｂの端部と１組の軸
受スタンド１９ｂで支持した伝達軸２１とをカップリン
グ１４により接続する。そして、伝達軸２１の中央に設
けた歯車２２ａと、ＡＣモータ１１ｂの出力軸に固定し
た歯車２２ｂとをタイミングベルト２３で接続する。こ
のように構成すると、アクティブマスダンパ３の設置面
積を小さくすることができる。

【００３１】また、図４に示すように、モータスタンド
１３の片側または両側に、ばねスタンド２５を配置する
と共に、ボールねじ１０ｂの他端側にプーリ２８を回転
自在に配置する。そして、ばねスタンド２５の上下２カ
所に配置された支持ボルト２６にコイルばね２４ａ、２
４ｂの一端を固定し、上側に配置したコイルばね２４ａ
の他端は対向する錘１８に側面に直接、また、下側に配
置したコイルばね２４の他端はワイヤ２７の一端に接続
する。そして、ワイヤ２７の他端を、プーリ２８を介し
て錘１８のコイルばね２４ａを接続した面と反対側の面
に接続する。

【００３２】このように構成すると、錘１８が移動する
ことによりコイルばね２４ａ、２４ｂに復元力が発生す
るので、ＡＣモータ１１ｂを停止させると、錘１８を原
点（移動ストロークの中心）に復帰させることができ
る。

【００３３】なお、この構造は、図３に示した変形例に
も適用することができる。

【００３４】また、ベッド６の水平方向に振動センサ
（例えば、加速度センサ）を設け、振動センサの出力に
応じて錘１８を制御することにより、ベッド６自身の振
動を抑制することもできる。

【００３５】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に係るアクティブマスダンパの詳細図であ
り、図２と同じものまたは同一機能のものは、同一の符
号を付して説明を省略する。

【００３６】ピン５０を保持するホルダ３４は、架台２
０の先端部に固定されている。Ｌ字型の伝達ブロック３
１は、スライドユニット８ｂに固定され、図の左右Ｘ方
向に移動自在である。ボイスコイルモータ２９の可動軸
３０は、伝達ブロック３１に固定されている。リンク３
２の一端は、伝達ブロック３１に保持されたピン５１に
回転自在に支持され、他端は、てこ部材３３の上端部に
保持されたピン５２に回転自在に支持されている。てこ
部材３３は、ピン５０に回転自在に支持され、下端部に
は錘１８が固定されている。なお、ピン５０とピン５２
の間隔はｐ、ピン５０と錘１８の重心Ｇとの距離はｑで
ある。

【００３７】次にこの実施の形態の動作を説明する。ボ
イスコイルモータ２９を動作させ、伝達ブロック３１を
移動させると、リンク３２を介し、てこ部材３３がピン
５０を中心にして回転し、錘１８を移動させる。錘１８
に発生する慣性力は逆に、ボイスコイルモータ２９に反
力として加わり、この反力が架台２０を介してベッド６
に加えられ、Ｘテーブル７の移動による加振力に対して
逆方向の力として穴明け加工機２のロッキング振動を抑
制する。

【００３８】このように、この実施形態は、ＡＣモータ
１１ｂに代えてボイスコイルモータ２９にした点、およ
び錘１８をてこ部材３３を介して動作させる点、が上記
第１の実施形態と相違するが、実質的な構成は同じであ
る。

【００３９】しかし、ボイスコイルモータ２９は応答速
度が速い、すなわち移動時の加速度が大きいので、上記
第１の実施形態と同一の慣性力を発生させる場合、てこ
部材３３を用いることにより、錘１８の移動ストローク
を上記第１の実施形態の場合の１／ｎ²（ただし、ｎ＝
ｑ／ｐ）にすることができる。したがって、移動ストロ
ークが短いボイスコイルモータ２９であっても、十分大
きい慣性力を発生させることができる。

【００４０】さらに、ボイスコイルモータ２９は振動数
の高い場合にも対応することができるので、ベッド６に
振動センサを設け、振動センサの出力に応じて錘１８を
制御することにより、ベッド６自身の振動を上記第１の
実施形態に比べてさらに効果的に抑制することもでき
る。

【００４１】なお、この実施の形態では、錘１８を架台
２０に支持させたが、図６に示すように、床１に支持さ
せるようにしてもよい。すなわち、床１に、固定板３６
を載置し、リニアガイド１５ｃのレール９ｃを固定板３
６に固定する。また、錘１８を錘１８ａと錘１８ｂに２
分割し、それぞれの一端をピン５３ａ、５３ｂを介して
リニアガイド１５ｃのスライドユニット８ｃに回転自在
に支持させると共に、他端をピン５４ａ、５４ｂを介し
て、てこ部材３３の下端部に回転自在に支持させる。こ
の場合、錘１８ａと錘１８ｂは、てこ部材３３の下端が
円弧軌道で動くのに追従して、レール９ｃ上を移動す
る。

【００４２】このようにすると、質量の大きい錘１８を
ベッド６で支持する必要がない。

【００４３】なお、ボイスコイルモータ２９に代えて、
ＡＣモータ、あるいはリニアモータを用いてもよい。

【００４４】また、ロードセルに代えて、加速度センサ
をレベリングボルト５近傍の床１に配置してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベッド上に、水平方向に移動自在な水平移動部とその駆
動手段を備えた加工装置において、前記ベッド上に配置
され、錘を水平方向に移動自在に支持する支持装置と前
記錘を駆動する錘駆動装置とからなる慣性力発生手段を
設け、前記駆動手段に入力される入力信号に基づいて、
前記水平移動部の移動により床に伝えられる力が小さく
なるように、前記錘を移動させるので、加工装置を剛に
支持して、テーブル移動時に発生する床振動を低減する
と共に、構造に起因する振動の発生を抑制することがで
きる。したがって、加工能率および加工精度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る穴明け加工機の
正面図である。

【図２】本発明に係るアクティブマスダンパの詳細図で
ある。

【図３】本発明に係るアクティブマスダンパの変形例を
示す図である。

【図４】本発明に係るアクティブマスダンパの変形例を
示す図である。

【図５】本発明に係るアクティブマスダンパの変形例を
示す図である。

【図６】本発明に係るアクティブマスダンパの変形例を
示す図である。

【符号の説明】

１床７Ｘテーブル１５ａリニアガイド１８錘４０テーブル駆動用コントローラ４１コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大竹生司茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者道上典男神奈川県海老名市上今泉2100番地日立ビアメカニクス株式会社内 (72)発明者田中慎治神奈川県海老名市上今泉2100番地日立ビアメカニクス株式会社内Ｆターム(参考） 3C011 AA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベッド上に、水平方向に移動自在な水平
移動部とその駆動手段を備えた加工装置において、前記ベッド上に配置され、錘を水平方向に移動自在に支
持する支持装置と前記錘を駆動する錘駆動装置とからな
る慣性力発生手段を設け、前記錘駆動装置は、前記駆動手段に入力される入力信号
に基づいて前記錘を移動させ、前記水平移動部の移動に
より床に伝えられる力を小さくすることを特徴とする加
工装置。
【請求項２】ベッド上に、水平方向に移動自在な水平
移動部とその駆動手段を備えた加工装置において、前記ベッド上に配置され、錘を水平方向に移動自在に支
持する支持装置と前記錘を駆動する錘駆動装置とからな
る慣性力発生手段と、前記ベッドの支持部と床との間に配置され、付加された
力に応じて信号を出力する複数のロードセルと、を設
け、前記錘駆動装置は、前記ロードセルから出力される信号
に基づいて前記錘を移動させ、前記ロードセルに付加さ
れる力を小さくすることを特徴とする加工装置。
【請求項３】ベッド上に、水平方向に移動自在な水平
移動部とその駆動手段を備えた加工装置において、前記ベッド上に配置され、錘を水平方向に移動自在に支
持する支持装置と前記錘を駆動する錘駆動装置とからな
る慣性力発生手段と、振動センサと、を設け、前記振動センサを前記加工装置に載置し、前記錘駆動装
置は、前記振動センサの出力信号に基づいて前記錘を移
動させ、前記振動センサの出力信号を小さくすることを
特徴とする加工装置。
【請求項４】軸受の回りに回転自在のてこ部材を設
け、前記錘を前記てこ部材の一方の端部に配置し、前記てこ
部材の他方の端部を前記錘駆動装置に接続することを特
徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の加工
装置。