JP2004074306A - 二軸倍速リニアモータ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的速い高速度と加速度を提供可能な二軸倍速リニアモータを提供する。
【解決手段】本発明は二軸倍速リニアモータ機構に関するものであり、工作物載置台と切削工具の高速相対運動という目的を達成している。本発明の工作物載置台が第一軸方向に移動する際、切削工具は別の方向に移動するため、工作物載置台と切削工具との間の相対速度は、工作物載置台のマシン台座に対する速度に切削工具のマシン台座に対する速度を加えた合計に等しくなる。従って、工作物載置台と切削工具との間の相対速度は公知技術に基づく速度の２倍になるばかりではなく、工作物載置台と切削工具との間の相対加速度も公知技術に基づく速度の２倍になるため、機構の加速時間の短縮と、移動時間の減少にとっては大きな助けとなる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二軸倍速リニアモータ機構に関するものであり、特に工作物と切削工具との間を急速に移動させなければならない機械、例えば金型高速彫刻機、ＰＣＢ穿孔機、急速原型（ＲＰ、Ｒａｐｉｄ　Ｐｒｏｔｏ−ｔｙｐｉｎｇ）機器またはその他の電子生産設備などに用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】
機械の作業効率を高めるためには、機械の各作業周期を短縮しなければならない。つまりその運動機構の移動速度と加速度を向上させなければならないのであり、特に工作物と切削工具との間の相対的移動速度と加速度がそうである。工作物と切削工具との間の相対速度と加速度は加工効率に関連しているため、特に重視されている。
【０００３】
しかし機構の運動速度の上昇にはボトルネックが存在している。一般的には速度と加速度を向上させる際の解決案としては、高回転速度のサーボモータの使用、ベルト車変速機構を使用した回転速度の加速、高リードボルトの使用、または直接的に高速リニアモータに変更して機構を駆動することなどが含まれているが、公知技術の中においては、速度を上昇させるための案件に、まだ強化されるべき余地が残されている。
【０００４】
先ず、高速度により作業時間を短縮させるためには、最高速度を高めなければならないばかりではなく、加速度も上昇させなければならない。さもないと工作物と切削工具との間の相対移動速度が最高速度に達する前に、機構は減速を開始しなければならないからであり、たとえ最高速度に到達したとしても、最高速度を維持した状態下での行程は非常に短くなり、機構が最高速度に達したとしても、最高速度下での運転が占める時間は長くないため、短縮される時間もあまり長くなく、機構の作業効率の向上に対する貢献もあまり大きくはない。
【０００５】
従って、機構の最高速度を高めなければならないばかりではなく、加速度を上昇させることも非常に重要である。現在採用されている高速度に向けた解決案の中では、リニアモータを使用した場合の最高速度が最も速く、加速度も最大であり、高速リニアモータ本体の最大加速度は約４Ｇ（「Ｇ」は重力加速度を示している）にも達するが、機構の移動台座には相当大きな質量が備わっており、加速度は移動体の質量とほぼ反比例するため、リニアモータが駆動する機構の加速度は４Ｇには到達せず、一般にはわずか１Ｇである。機構の加速度が十分に大きくないため、移動距離があまり長くない場合には、マシンの送り速度が最高速度に達する前に、減速を開始して停止しなければならないため、実際に最高速度に到達した行程はあまり長くはない結果となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って公知の高速加工機構は、改めて改良を加えて、高速送りを強化する必要に迫られているのである。
【０００７】
【発明の目的】
本発明の目的は、比較的速い高速度と加速度を提供可能な二軸倍速リニアモータを提供することにあり、本発明により工作物と切削工具との間には公知技術の２倍の速度が備わるとともに、加速度も２倍となるため、機械加工の速度と加速度は更に上昇し、現状における各産業界の作業時間短縮という要求を満たす結果となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の発明の目的を達成するため、本発明の二軸倍速リニアモータ機構には、マシン台座と、マシン台座上に設置されている工作物設置台アセンブリと、切削工具固定台座アセンブリとが設置されている。そのうち工作物設置台アセンブリ上には、工作物を載置する工作物載置台が設置されており、工作物載置台はマシン台座と平行な第一軸に沿って移動する。切削工具固定台座アセンブリ上には、切削工具が設置されており、切削工具は第一軸方向に沿って移動する。切削工具と工作物との間により大きな相対加速度とより速い相対速度を実現し、工作物の加工速度を更に速めて、作業時間を短縮するために、本発明では、工作物載置台が第一軸方向に移動する際に、切削工具は駆動されて第一軸方向上の別の方向に移動するため、工作物載置台と切削工具との間の相対速度は、工作物載置台のマシン台座に対する速度と切削工具のマシン台座に対する速度との合計に等しくなる。従って、工作物載置台と切削工具との間の相対速度は、公知技術に基づく速度の２倍になるばかりでなく、同様の原理に基づき、工作物載置台と切削工具との間の相対加速度も公知技術に基づく加速度の２倍になるため、機構の速度上昇と、移動時間の減少にとっては非常に大きな助けとなる。
【０００９】
本発明の二軸倍速リニアモータ機構に最適な速度条件を獲得させるために、二軸倍速リニアモータ機構の工作物載置台と切削工具にはリニアモータ駆動を採用することができる。例えば一般のリニアモータを使用した場合、工作物載置台のマシン台座に対する速度は毎分１２０ｍに達し、加速度は１Ｇとなる。切削工具のマシン台座に対する速度と加速度も前記と同様である場合には、工作物載置台と切削工具との間の相対速度は毎分２４０ｍに達し、相対加速度も２Ｇに達する。
【００１０】
工作物載置台を駆動する動力源と切削工具を駆動する動力源とは相互に独立しており、本発明で設計されている駆動対象物は本来の質量をあまり上回っていないため、その駆動速度と加速度とはともに本来の設計水準に到達することが可能である。従って、本発明による二軸倍速リニアモータ機構の速度と加速度とは公知技術に基づく場合の２倍となる。
【００１１】
本発明に対し、駆動機構が移動させる運動軸について、従来の１個の動力源が２個の動力源となっているため、コストも２倍になるのではないかと一般には理解されるかもしれないが、現在、動力源コストがマシンの総コストに占める比率はあまり高くないため、動力源コストの小幅の上昇は受入れ可能な範囲であり、また１個の動力軸駆動を２個の反対方向の動力軸駆動と変更した場合には、動力軸が移動しなければならない行程は従来の半分となり、各軸の行程がともに従来より短縮されるため、コストと難度も低下する結果となる。従って機構の総コストの増加率はあまり大きくはならず、それに対して効率面では相当大きな上昇が得られるため、十分に採算に合う結果となる。
【００１２】
本発明の特徴と技術的内容について更に理解して頂くために、以下の本発明関連の詳細説明と添付図を参照願いたい。但し、添付図に示されているのはあくまで参考用、並びに説明を目的とするものであり、それにより本発明が何らかの制限を受けるものではない。本発明で言及されている技術範囲または精神を何らかに運用または参考とした技術、機能、型式や運動機構の改善、修正は、すべて本発明の出願範囲である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示されているのは、本発明における二軸倍速リニアモータ機構の斜視図である。本発明における二軸倍速リニアモータ機構には、マシン台座（３）が設置されており、マシン台座（３）上には工作物載置台（２１）と工作物駆動軸（２２）が設置されている。工作物載置台（２１）は工作物を載置し、工作物載置台（２１）と工作物駆動軸（２２）とは一括して工作物設置台アセンブリと称される。それと同時に、マシン台座（３）上には別の切削工具固定台座（１１）と切削工具駆動軸（１２）も設置されており、切削工具固定台座（１１）は、切削工具を固定し、切削工具固定台座（１１）と切削工具駆動軸（１２）とは一括して切削工具固定台座アセンブリと称される。そのうち工作物駆動軸（２２）はマシン台座（３）上に設置されており、マシン台座（３）の表面と平行である。工作物載置台（２１）は工作物駆動軸（２２）上に構築されており、工作物駆動軸（２２）に沿って移動する。説明の簡便化を図るため、ここでは工作物駆動軸（２２）を第一軸と呼ぶことにする。切削工具固定台座（１１）は、切削工具駆動軸（１２）上に設置されており、切削工具駆動軸（１２）に沿って移動する。切削工具駆動軸（１２）の移動方向は、工作物駆動軸（２２）と平行である。切削工具固定台座（１１）と工作物載置台（２１）との間により大きな相対加速度とより速い相対速度を実現し、工作物の加工速度を更に速めて、作業時間を短縮するために、本発明では、工作物載置台（２１）が第一軸方向に移動する際に、切削工具固定台座（１１）は駆動されて第一軸方向上の別の方向に移動するため、工作物載置台（２１）と切削工具固定台座（１１）との間の相対速度は、工作物載置台（２１）のマシン台座（３）に対する速度と切削工具固定台座（１１）のマシン台座（３）に対する速度との合計に等しくなる。同時に工作物載置台（２１）と切削工具固定台座（１１）との間の相対加速度も、工作物載置台（２１）のマシン台座（３）に対する加速度と切削工具固定台座（１１）のマシン台座（３）に対する加速度との合計に等しくなる。従って、工作物載置台（２１）と切削工具固定台座（１１）との間の相対速度は、公知技術に基づく速度の２倍になるばかりではなく、工作物載置台（２１）と切削工具固定台座（１１）との間の相対加速度も公知技術に基づく加速度の２倍になるため、機構の最高速度の上昇と、移動時間の減少にとっては非常に大きな助けとなる。
【００１４】
本発明の二軸倍速リニアモータ機構に、理想的な速度と加速度条件を獲得させるために、本発明の二軸倍速リニアモータ機構の工作物駆動軸（２２）と切削工具駆動軸（１２）には、リニアモータ駆動が採用されている。そして工作物載置台（２１）を駆動する動力源と切削工具固定台座（１１）を駆動する動力源とは相互に独立しており、本発明において設計されている駆動対象物も公知技術において設計されている機構質量の考慮要因を大きくは上回っていないため、その駆動速度と加速度とは、ともに公知の設計水準に到達している。従って本発明における二軸倍速リニアモータ機構の工作物載置台（２１）と切削工具固定台座（１１）との間の速度と加速度とは、公知技術に基づく場合の２倍に達する結果となる。
【００１５】
図２は、本発明における二軸倍速リニアモータ機構の右側面図であり、この図は、本発明における一つの実施形態を示している。この実施形態において、工作物固定台座（２３）は工作物載置台（２１）上に設置され、工作物（４）は工作物固定台座（２３）上に設置されている。また、切削工具固定台座（１１）上には切削工具軸（５）が設けられており、切削工具軸（５）は切削工具（６）を従動させて工作物への接近と工作物からの離反という加工動作を実施する（図２中の左右方向に移動する）。これが図１における二軸倍速リニアモータ機構についての一つの応用実施形態であり、この実施形態は、加工速度は若干遅いが、急速に位置決めしなければならない機構、例えばＰＣＢ穿孔機などの設備に適用される。この実施形態の切削工具（６）と工作物（４）は相対的に急速移動が可能であるが、加工軸は一般的に公知の送り速度を維持している。この実施形態では、工作物駆動軸（２２）方向に二軸倍速の効果が備わっているため、機構は更に高い作業効率を達成することが可能である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明により提起された二軸倍速リニアモータ機構を、その他の公知構造と相互に比較した場合には、以下の利点が備わっている。
【００１７】
１．本発明における工作物駆動軸と切削工具駆動軸とは、同時にマシン台座に相対して移動し、移動方向は逆方向であるため、工作物駆動軸上の工作物の切削工具駆動軸上の切削工具に対する移動速度は切削工具駆動軸のマシン台座に対する移動速度の２倍となる。つまり、工作物の切削工具に対する速度は公知技術に基づく移動速度の２倍に達する結果となる。
【００１８】
２．工作物駆動軸と切削工具駆動軸とは、相互に独立しており、工作物駆動軸と切削工具との間の加速度も相互に干渉しないため、工作物駆動軸と切削工具駆動軸とが逆方向に移動し、同時に加速・減速した場合、その相対加速度は工作物駆動軸の加速度と切削工具駆動軸の加速度との合計となる。従って、工作物駆動軸と切削工具駆動軸との間の加速度は、公知技術に基づく速度の２倍となるため、工作物と切削工具との間の相対加速度も上昇する結果となる。
【００１９】
３．本発明においては、工作物載置台と切削工具にリニアモータ駆動が採用されており、リニアモータには良好な速度特性と加速度特性とが備わっているため、本発明の二軸倍速リニアモータ機構は、理想的な速度条件と加速度条件とを獲得する結果となっている。
【００２０】
以上の通り、本発明は空間形態面において確実に革新性を備え、公知技術に上記の通り多種類の機能を追加しているため、その斬新性と進歩性において特許出願要件に十分に合致している。従って法に基づき出願を提出する次第である。貴庁が本出願を承認し、発明を奨励されるよう希望する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における二軸倍速リニアモータ機構の斜視図
【図２】本発明における二軸倍速リニアモータ機構の右側面図
【符号の説明】
３　　マシン台座
４　　工作物
５　　切削工具軸
６　　切削工具
１１　切削工具固定台座
１２　切削工具駆動軸
２１　工作物載置台
２２　工作物駆動軸
２３　工作物固定台座

Claims (3)

1. マシン台座と、
   工作物を載置し、マシン台座表面と平行な第一軸に沿って移動する工作物載置台が設置され、リニアモータにより駆動される、前記マシン台座上に設置されている工作物設置台アセンブリと、
   前記の第一軸方向に沿って移動する切削工具が設置され、リニアモータにより駆動される、マシン台座上に設置されている切削工具固定台座アセンブリとを備え、
   前記の工作物載置台が第一軸方向に移動する際、切削工具は別の方向に移動することにより、切削工具と工作物載置台との間の高速相対運動という目的が達成されることを特徴とする、
   二軸倍速リニアモータ機構。
2. 工作物載置台と切削工具固定台座とを駆動するリニアモータは独立した両軸であることを特徴とする、請求項１に記載の二軸倍速リニアモータ機構。
3. 切削工具の加工方向はマシン台座と平行であり、前記の第一軸とは垂直であることを特徴とする、請求項２に記載の二軸倍速リニアモータ機構。

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