JP2005238406A - Precision processing machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精密金型や光学部品などの加工を行う精密加工機に係り、特に、機械本体に発生する回転振動を抑制する技術に関する。 The present invention relates to a precision processing machine that processes precision molds, optical components, and the like, and more particularly to a technique for suppressing rotational vibration generated in a machine body.
半導体製造装置や精密加工機をはじめとして高精度の処理・加工を行う装置では、振動の影響が精度に大きな影響を及ぼすので、外部振動の伝わりを遮断したり、機械本体に発生する振動を除去するための除振装置が必要不可欠とされている。 In devices that perform high-precision processing and processing, such as semiconductor manufacturing equipment and precision processing machines, the influence of vibrations has a large effect on accuracy, so the transmission of external vibrations can be cut off and vibrations generated in the machine body can be removed. A vibration isolator is necessary for this purpose.
この種の除振装置には、ばねやゴムなどの弾性体を利用して振動を減衰させる受動型の除振装置や、空気ばねと電磁アクチュエータを組み合わせ、電磁アクチュエータの制御により振動を積極的に除去する能動型の除振装置が利用されている。 This type of vibration isolation device is a passive vibration isolation device that uses an elastic body such as a spring or rubber to dampen vibrations, and a combination of an air spring and an electromagnetic actuator. An active vibration isolator for removal is used.
能動型の除振装置の例として、半導体露光装置では、機械本体上に搭載されたXYステージの移動により発生するピッチング、ローリング、ローリングなどの回転振動を抑制するため、回転慣性要素を駆動する回転アクチュエータと、回転慣性要素の駆動反力によって除振台にトルクを加える回転質量ユニットを組み合わせ、検出した回転振動に基づいて適切な補償演算を行いながら回転質量ユニットを駆動を制御することにより回転振動を低減する能動型除振装置がある(特許文献1参照)。 As an example of an active vibration isolator, in a semiconductor exposure apparatus, rotation that drives a rotary inertia element to suppress rotational vibrations such as pitching, rolling, and rolling caused by movement of an XY stage mounted on the machine body A combination of an actuator and a rotating mass unit that applies torque to the anti-vibration table by the driving reaction force of the rotating inertial element, and the rotational vibration by controlling the driving of the rotating mass unit while performing appropriate compensation calculation based on the detected rotating vibration There is an active vibration isolator that reduces noise (see Patent Document 1).
また、レンズ用金型やレンズなどの超精密加工を行う精密加工機では、外部振動の影響を少なくするために、ベースと機械本体間での振動の伝わりを遮断する除振装置を設けるものが提案されている(特許文献2参照)
図5は、従来の精密加工機において回転振動が発生する状況を模式的に示す図である。参照番号10はベッドで、このベッド10は、除振装置12により支持されている。ベッド10の上には、前後方向(X軸)に移動する第1テーブル14と左右方向(Z軸)に移動する第2テーブル15が設置されている。第1テーブル14には研削主軸16が設けられ、第2テーブル15にはワーク主軸17が設けられている。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a situation in which rotational vibration occurs in a conventional precision processing machine.
加工中に、第1テーブル14のX軸移動、第2テーブル15のZ軸移動が連続的に行われるということは、ベッド10上で重量物が水平方向に移動することである。そして、重心をGとすると、除振装置12で支持された精密加工機の場合、ベッド10の支持点Aとベッド10の重心Gの間が高さ方向に距離hだけ差が生じている。このため、ベッド10の上で第1テーブル14、第2テーブル15の移動があると、重心Gを中心とするモーメントがベッド10に作用し、これが回転振動の要因となる。このような回転振動は、一般の工作機械の場合は問題となることは少ないが、レンズを研削するなどの超精密非球面加工では、回転振動に起因する機械本体のごく僅かなねじれさえも、加工精度を低下させる原因となる。
The fact that the X-axis movement of the first table 14 and the Z-axis movement of the second table 15 are continuously performed during processing means that the heavy object moves in the horizontal direction on the
また、精密加工機の場合、除振装置12により支持する構造がかえって、回転振動の発生を助長する結果となる。これに対して、半導体製造装置に適用されるような能動除振装置による対策が考えられるが、重量のある精密加工機では、制御の応答性や複雑化の点で現実的ではない。
Further, in the case of a precision processing machine, the structure supported by the
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ベッドそれ自体に回転振動抑制機能をもたせることにより、超精密の加工精度を維持できるようにした精密加工機を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a precision processing machine that can maintain the ultra-precision processing accuracy by solving the problems of the prior art and providing the bed itself with a rotational vibration suppressing function. It is in.
前記の目的を達成するために、本発明は、平面上で直交する2方向にそれぞれ移動する移動体をベッド上に有する精密加工機において、支持機構により支持されるベッドの支持点と機械本体の回転振動の回転中心との高さの差を小さくする異形型のベッドを備えることを特徴とするものである。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a precision processing machine having a moving body on a bed that moves in two directions orthogonal to each other on a plane. It is characterized by comprising a deformed bed that reduces the difference in height from the rotational center of rotational vibration.
本発明では、前記ベッドは、支持機構の間で下方に突き出た出張り部を有するT字形の異形型ベッドから構成することができる。また、前記支持機構は、除振装置からなることが好ましい。 In the present invention, the bed can be constituted by a T-shaped deformed bed having a protruding portion protruding downward between the support mechanisms. Moreover, it is preferable that the said support mechanism consists of a vibration isolator.
また、本発明では、前記ベッド上を移動する移動体の送り機構は、ボールネジ機構の代わりに、リニアモータ駆動の送り機構にすることもできる。
さらに、本発明では、前記ベッドにワークの加工点と回転振動の回転中心の距離を可及的に小さくする凹部を設けるようにしてもよい。
In the present invention, the feed mechanism of the moving body that moves on the bed may be a linear motor drive feed mechanism instead of the ball screw mechanism.
Furthermore, in the present invention, the bed may be provided with a recess that makes the distance between the workpiece processing point and the rotational center of the rotational vibration as small as possible.
本発明によれば、支持点Aの間で出張り部を有するT字形一体構造のベッドとすることにより、重心の位置が下がるので、支持点と回転振動の回転中心となる重心Gとの高さの差を可能なかぎり小さくすることができ、回転振動の原因となる水平方向のモーメントが働きにくい構造になる。 According to the present invention, since the position of the center of gravity is lowered by making the bed of a T-shaped integral structure having a protruding portion between the support points A, the height between the support point and the center of gravity G serving as the rotation center of the rotational vibration is increased. The difference in height can be made as small as possible, and a structure in which a horizontal moment that causes rotational vibration is difficult to work.
以下、本発明による精密加工機の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態による精密加工機の側面を示す図である。この精密加工機は、レンズ部品などを研削、旋削する超精密加工を行うための加工機である。
Hereinafter, an embodiment of a precision machine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First embodiment
FIG. 1 is a view showing a side surface of a precision processing machine according to a first embodiment of the present invention. This precision processing machine is a processing machine for performing ultra-precise processing for grinding and turning lens parts and the like.
図1において、参照番号20は、精密加工機の基台であるベッドを示す。このベッド20の上面には、水平案内面として直交する2方向に超精密高剛性のころがり案内が設けられており、第1テーブル21、第2テーブル22がそれぞれころがり案内に沿って移動可能に設置されている。第1テーブル21に搭載されているのがコラム23で、このコラム23の側面には垂直案内面が設けられている。研削主軸24は、空気静圧スピンドルからなり、垂直案内面に沿って昇降可能に設置されている。第2テーブル22には、同じく空気静圧スピンドルからなるワーク主軸25が搭載されており、このワーク主軸25はモータ26により駆動される。
In FIG. 1,
この1実施形態の精密加工機では、送り機構としてボールネジ送り機構が用いられており、研削主軸24を前後に送るために第1テーブル21を移動させる軸がX軸、研削主軸24を上下に送る軸がY軸、ワーク主軸25を左右に送るために第2テーブル22を移動する軸がZ軸である。ワーク主軸25の回転軸がC軸である。参照番号27は研削主軸24の送り機構を駆動するX軸サーボモータ、29は第1テーブル21のZ軸サーボモータである。
In the precision processing machine of this embodiment, a ball screw feed mechanism is used as the feed mechanism, and the axis for moving the first table 21 to feed the
次に、ベッド20は、従来一般に使われている直方体のベッドとは異なり、この第1実施形態では、次のような異形型のベッドとして構成されている。
Next, the
ベッド20は、直方体であるベッド本体30と、このベッド本体30の下面中央部から下方に突き出た出張り部31との二つの部分からなるT字形一体構造のベッドである。ベッド20では、出張り部31の左右両側に張り出したところが支持部31a、31bになっていて、この支持部31a、31bは、床に設置されている支持機構としての除振装置32により支持されている。ベッド20が除振装置32によって支持された状態では、出張り部31の下面は床面から離れている。除振装置32としては、例えば、空気ばねを利用した受動型除振装置が用いられている。この他、除振装置32には、空気ばねと電磁アクチュエータを併用した能動型除振装置を用いることもできる。
The
本実施形態による精密加工機は、以上のように構成されるものであり、次に、その作用並びに効果について説明する。 The precision processing machine according to the present embodiment is configured as described above. Next, the operation and effect thereof will be described.
精密加工機でワークを加工する間は、研削主軸24のX軸移動、ワーク主軸25のZ軸移動や、研削主軸24のY軸移動が連続して行われる。このようなベッド20上における重量物の移動は、ベッド20にモーメントを作用させ、振動発生の原因となる。
While the workpiece is processed by the precision processing machine, the X-axis movement of the
図2は、本実施形態による精密加工機を模式的に示した図である。ベッド20の重心をGで示し、除振装置32で支持されているベッド20の支持点をAで示す。
ベッド20の上で研削主軸24のX軸移動、ワーク主軸25のZ軸移動のために、第1テーブル21、第2テーブル22が移動すると、ベッド20には重心Gを中心とする水平軸回りのモーメントが作用する。そのモーメントの大きさは研削主軸24およびワーク主軸25の位置に応じて変動する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the precision processing machine according to the present embodiment. The center of gravity of the
When the first table 21 and the second table 22 are moved on the
水平軸回りのモーメントは、重心Gを振動中心とする回転振動の原因になり、ベッド20の重心Gと支持点Aの間の距離hが離れるほど、水平軸回りのモーメントは大きくなる(図5参照)。ベッド20に作用する水平軸回りのモーメントは、ベッド20を鉛直方向に振動させる要因にもなるが、鉛直方向の振動は除振装置32によって抑制される。しかも、本実施形態のように、ベッド本体30の下面中央部から下方に突き出た出張り部31を支持点Aの間で有するT字形一体構造のベッド20の場合、重心Gの位置が下がるので、支持点Aと回転振動の回転中心となる重心Gとの高さの差を可能なかぎり小さくすることができる。したがって、回転振動の原因となる水平軸回りのモーメントが働きにくい固有の構造をもったベッド20となるので、ベッド20それ自体に回転振動抑制機能を付加することができる。
The moment around the horizontal axis causes rotational vibration with the center of gravity G as the center of vibration, and as the distance h between the center of gravity G of the
1nmのオーダーでの加工精度が要求され、回転振動により引き起こされる機械本体のわずかなねじれが加工精度に影響する本実施形態のような精密加工機では、上記のように除振装置32では抑制し難い回転振動を発生し難くい構造とすることで、加工精度低下防止上の効果は大きいものがある。
In a precision processing machine such as this embodiment, which requires a processing accuracy of the order of 1 nm and a slight torsion of the machine body caused by rotational vibration affects the processing accuracy, the
また、支持点Aと回転振動の回転中心となる重心Gとの高さの差を可能なかぎり小さくすることは、従来からある懸垂形の除振装置を用いることで可能であるが、機械の設置面積が増大してしまう欠点がある。この点、本実施形態ではベッド20のT字形異形構造で実現しているので、省スペース化が可能となる。
Further, it is possible to reduce the difference in height between the support point A and the center of gravity G, which is the rotation center of rotational vibration, as much as possible by using a conventional suspension type vibration isolator. There is a drawback that the installation area increases. In this respect, in this embodiment, since the
第2実施形態
次に、本発明の第2の実施形態に係る精密加工機について図3を参照しながら説明する。
Second embodiment
Next, a precision machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の第2実施形態による精密加工機では、ベッド20上を移動する第1テーブル21、第2テーブル22の送り機構は、リニアモータ機構の送り機構から構成されている。ベッド20の構造は、図1の第1実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の参照番号を付して説明は省略する。
In the precision processing machine according to the second embodiment of the present invention, the feed mechanism of the first table 21 and the second table 22 moving on the
図3において、参照番号40は第1テーブル21を送るX軸リニアモータ機構を示す。このX軸リニアモータ機構40は、ベッド10の上面中央にX軸方向に延びるコイル列41と、このコイル列41と対向するように第1テーブル21の底面中央に取り付けられた永久磁石42とから構成されている。第2テーブル22を送るY軸リニアモータ機構も同様に構成されている(図示省略)。
In FIG. 3,
リニアモータを精密加工機の送り機構に採用した場合、機械本体の回転振動が位置制御の精度向上を実現する上で甚だしい障害になっていることはよく知られている。そこで、本実施形態のように、回転振動を発生し難くい構造としたベッドとすることにより、リニアモータ駆動によるテーブルの位置決め精度の向上を容易に実現可能になる。
第3実施形態
次に、図4は本発明の第3の実施形態に係る精密加工機を示す。
この第3実施形態は、第1実施形態と同様にベッド本体30の下面中央部から下方に突き出た出張り部31を設け、ベッド20の支持点Aと回転振動の回転中心となる重心Gとの高さの差を可能なかぎり小さくすることに加えて、ベッド本体30の上部に凹部46を形成し、この凹部の底面に、研削主軸24を搭載した第1テーブル21とワーク主軸25を搭載した第2テーブル22を配置している。
It is well known that when a linear motor is adopted as a feed mechanism of a precision processing machine, rotational vibration of the machine main body is a serious obstacle to achieving improved position control accuracy. Therefore, by using a bed having a structure that hardly generates rotational vibration as in the present embodiment, it is possible to easily improve the positioning accuracy of the table by driving the linear motor.
Third embodiment
Next, FIG. 4 shows a precision processing machine according to the third embodiment of the present invention.
As in the first embodiment, the third embodiment is provided with a protruding
この第3実施形態によれば、ワークの加工点Bと回転振動の回転中心である重心Gの間の距離も可及的に小さくすることができるので、回転振動を抑制すると同時に、加工点Bにおける回転振動の影響を最小限にすることが可能となる。 According to the third embodiment, the distance between the machining point B of the workpiece and the center of gravity G, which is the rotation center of the rotation vibration, can be made as small as possible. It is possible to minimize the influence of rotational vibration in
20 ベッド
21 第1テーブル(移動体)
22 第2テーブル(移動体)
23 コラム
24 研削主軸
25 ワーク主軸
30 ベッド本体
31 出張り部
31a、31b 支持部
32 除振装置(支持機構)
40 X軸リニアモータ機構
46 凹部
A 支持点
B 加工点
G 重心
20
22 Second table (moving body)
23
40 X-axis
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JP2018503780A (en) * | 2014-11-25 | 2018-02-08 | グリーソン メトロロジー システムズ コーポレイション | Mechanical vibration isolation |
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