JP2007130712A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速往復移動して加工する加工装置において、移動方向反転時に必要とする力を軽減できる加工装置を得る。
【解決手段】ベース１にガイド部材２を流体軸受する。ガイド部材２に工具１３を有するスライド部材３を流体軸受構造で支持する。スライド部材３にコイル７を配置し、ガイド部材２にスライド部材３の往復運動のストローク端に駆動用永久磁石６を配置し、その間を鉄心８とし、リニアモータを構成する。スライド部材３の両端に反転用永久磁石５を配置し、ガイド部材２における前記ストローク端に反転用永久磁石４を配置する。スライド部材３の移動方向反転時には反転用永久磁石４、５の反発力によりスライド部材は加速されるので、上述した構成の推力が小さいリニアモータでも、スライド部材を駆動し加工できる。発熱が少なく、推力リップルやコギングも発生せず高精度な直線溝加工ができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、直線溝加工を行う加工装置に関する。

回折格子や液晶表示装置の導光板を成形する金型では何百〜何万本もの直線溝を加工する必要がある。このような多量の直線溝を加工する加工において加工時間を短縮するためには、高速な送り軸をもつ加工機が必須である。また、回折格子や導光板金型では、非常に微小な加工誤差も許されないため、高速駆動時にも振動を生じない滑らかな直線移動も必須となる。こういった高速・高精度の加工を実現する送り機構として、空気軸受とリニアモータを組み合わせた構造が知られている。

直線軸を高速に往復運動させると、方向反転時に大きな推力が必要となる。このため、特許文献１，２には、プリンタ装置において、プリンタの筐体に永久磁石を配列し、該永久磁石列と対向するようにコイルを配設し、この永久磁石列とコイルによってリニアモータを構成してシャトル機構の往復運動を駆動するシャトル機構を設け、この往復運動における方向反転時に必要な駆動装置の推力を軽減させることを目的として、永久磁石列の両側端に永久磁石を配置して、シャトル機構の往復運動の方向反転時に、シャトル機構に設けられたコイルを配置したベース板と両端の永久磁石との間に吸引力を発生させてシャトル機構を往復運動の中央位置に戻すように作用させて、リニアモータから発生させる推力を軽減させるようにした発明が記載されている。

また、電線や金属線などの糸条を連続移動、連続往復させる糸案内の連続往復移動装置において、移動体の移動方向の両側に弾性スプリング等の物体を配置し、この物体で移動体の慣性力エネルギを蓄積し、移動体の反転時には慣性力エネルギを反転させて移動体に付加することによって、移動体の方向反転時において、移動体を駆動する駆動手段が発生する推力を軽減させるようにした発明も知られている（特許文献３参照）。

特開平５−２３８０９３号公報 特開２０００−９４７７４号公報 特開平７−１３７９３５号公報

往復運動する移動体が、その移動方向を反転させる際、大きな加速度を必要とする。特に移動体が高速で往復運動する場合、この加速度は大きなものとなり、移動体を駆動する駆動装置の発熱が大きくなり、この発熱が加工精度に影響を与える。前述したように、回折格子や導光板金型では、非常に微小な加工誤差も許されないため、駆動装置の発熱を極力抑える必要がある。また、駆動装置としてリニアモータを用い、該リニアモータで大きな推力を得ようとすると、推力リップルやコギングを生じ、真直精度に影響を与える。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を改善し、高速往復運動を行い、加工する加工装置において、往復移動する移動体を駆動する駆動装置の移動方向反転時における必要発生力を軽減することのできる加工装置を提供することにある。

工具が取り付けられたスライド部材と該スライド部材をガイドするガイド部材で構成された直線駆動装置を備えた加工装置において、請求項１に係る発明は、ガイド部材とスライド部材との間で軸受を構成し、ガイド部材とスライド部材の間で推力を発生させる機構を備え、スライド部材の直線移動ストロークの両端において、スライド部材とガイド部材の間で軸方向に反発力が働くように反転用の永久磁石をスライド部材とガイド部材に配置することによって、スライド部材の移動方向反転時に、直線駆動装置が必要とする力を軽減させた。
また、請求項２に係る発明は、固定されたベースとガイド部材との間で軸受を構成し、ガイド部材とスライド部材が同軸上を移動できるようにした。さらに、請求項３に係る発明では前記軸受を流体軸受とすることにより、振動の発生を防止し、ベースにスライド部材の往復運動による振動が伝達されないようにした。

また、請求項４に係る発明は、前記推力を発生させる機構をガイド部材とスライド部材の間に設けたリニアモータで構成した。請求項５に係る発明は、このリニアモータを、スライド部材に駆動用のコイルを備え、前記ガイド部材における前記スライド部材のストロークの両端に駆動用の永久磁石を配置して構成されたリニアモータとし、駆動用の永久磁石がストローク両端の前記反転用永久磁石の磁力を強めるように配置されるものとした。請求項６に係る発明は、ガイド部材及びスライド部材に設けられた反転用の永久磁石の磁極の向きをガイド部材の軸方向と垂直になるように配置したものとした。また、請求項７に係る発明は、前記スライド部材に加工する被加工物に対する切り込み量を変える手段を備えるものとし、請求項８に係る発明は、この切込み量を変える手段としてピエゾ素子を使用した。さらに、請求項９に係る発明は、前記切り込み量を変える手段を制御し、往路で工具が切り込み復路で工具が逃げる、一方向の引き切り切削加工を行う制御手段を備えたものとした。

スライド部材の移動方向反転時には、反転用の永久磁石から反発力を受けることから、推力を発生させる機構は、小さな推力を発生させるものでよく、直線駆動装置の発熱を抑制し、発熱に伴う加工精度の低下を防止できる。また、推力を発生させる機構として推力の小さなストロークの端に永久磁石を配置するリニアモータを使用でき、これにともなって、推力リップルやコギングの発生を防止でき、高速高精度の直線移動、直線溝加工が可能となる。また、流体軸受により、振動が伝達されないことから、この点からも高精度のの加工が可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態の加工装置の要部斜視図、図２は、ガイド部材の軸方向に沿って切断した断面図、図３は、スライド部材の部分の拡大断面図である。
符号１はこの加工装置のベースであり、該ベース１がこの加工装置の設置位置に固定される。該ベース１は、ガイド部材２の両端部を軸受している。この実施形態では、この軸受を流体軸受（空気軸受）で構成している。図２に示すように、ベース１には、空気配管９が施されており、該空気配管９を介して導入された圧縮空気をガイド部材２のベース１との対向面に噴射し、この空気圧力によってガイド部材２を軸受している。

また、ガイド部材２には、スライド部材３がガイド部材２の軸方向に移動可能に軸受されており、この軸受も流体軸受で構成され、図３に示すように、スライド部材３には空気入口１０及び該空気入口１０と連通する空気配管９が設けられており、該空気配管９に導入された圧縮空気をガイド部材２の対向面に噴射することによってスライド部材３は空気圧力によって軸受されている。このスライド部材３とガイド部材２は同軸上を移動する。

また、本実施形態では、直線駆動装置の推力発生手段としてリニアモータを用いており、スライド部材３とガイド部材２の間には、リニアモータを構成するコイル７、永久磁石が配置されている。この実施形態では、リニアモータを構成するコイル７がスライド部材３に配置され、ガイド部材２には、リニアモータを構成する鉄心８及び駆動用永久磁石６が配置されている。特に、この実施形態では、スライド部材３がガイド部材２に対して往復運動するストロークの両端部に対応するガイド部材２の位置に駆動用永久磁石６を配置し、その間に鉄心で配置したタイプのリニアモータとしている。さらに、ガイド部材２には、スライド部材３の往復動作のストローク両端部に対応するガイド部材２の位置（駆動用永久磁石６の配設よりさらに外側）に反転用永久磁石４を配設し、該反転用永久磁石４の磁力を強めるように駆動用の永久磁石が配置されている。この反転用永久磁石４は、その磁極の向きがガイド部材２の軸方向（スライド部材３の往復動作方向）に対して垂直な向きとなるように配設されている。この実施形態では、ガイド部材２を軸方向に対して垂直な方向の断面形状が概略矩形形状としていることから、反転用永久磁石４は、４つが１組みとなって、ストロークの両端部にそれぞれ、ストローク間の磁極の向きが軸方向に対して垂直になり、ガイド部材２の各ガイド表面に対して同位置面となるように配置されている。

また、スライド部材３は、中心部にガイド部材２の対向面に対向するようにコイル７が配設され、両側（スライド部材３の移動方向に沿った両側）にガイド部材２の対向面に対向するように、かつ、磁極の向きがスライド部材３の往復運動の方向に対して垂直となるように反転用永久磁石５が配置され、ガイド部材２に設けられた反転用永久磁石４と作用し反発し合うように構成されている。
また、図３に示すようにスライド部材３には、板ばね等の弾性部材１２が固着されており、該弾性部材１２に被加工物（図示せず）に対して溝加工を行う工具１３がねじ１４で取り付けられている。また、この弾性部材１２とスライド部材３の本体間には、ピエゾ素子１１が配置され、このピエゾ素子１１を図示しない制御手段によって駆動し、伸縮させることによって、弾性部材１２を介して工具１３を出入させて、被加工物に溝加工する切り込みを変えるようにしている。すなわち、このピエゾ素子１１によって切り込み量を変える手段を構成している。

スライド部材３のコイル７に電流を流しリニアモータを駆動してスライド部材３を一方の方向に移動させる。スライド部材３の往復運動のストロークエンドになるとコイル７に流す電流の向きを変えて、スライド部材３の移動方向を反転させる。この移動方向反転時には、ガイド部材２に設けた反転用永久磁石４と、スライド部材３に設けた反転用永久磁石５との距離が短くなり反発力が発生し、スライド部材３は、この反転用永久磁石４，５の反発力により、急激に減速され、かつ、反転方向への力を受けてスライド部材３は反転方向に加速されることになる。

この反転用永久磁石４，５の反発力により、スライド部材３は力を受け加速されることになるから、スライド部材３のストロークの端に駆動用永久磁石６を配置して構成した推力の小さいリニアモータでも、工具１３を駆動し被加工物に対して加工することができる。工具１３（スライド部材３）の往復運動のストロークは一定のものに限定されるが、反転用永久磁石４，５によって往復動作のエネルギーを受けることから、省エネルギーで効率よいものが得られる。また、ストロークの端に駆動用永久磁石６を配置したタイプのリニアモータであることから、推力リップルやコギングが発生することもなく、精度の高い直線移動となり、高精度の直線溝加工ができる。
さらに、ガイド部材２は、流体軸受でベース１に軸受されていることから、スライド部材３の移動方向反転時等にガイド部材２が受ける反力等は、ベース１、さらには、被加工物には伝達されることはなく、振動の発生を防止する。このように、スライド部材３の往復動作によって、振動が発生しないことから、加工精度を向上させることができる。

以上のように、スライド部材３に設けたコイル７に流す電流の向きを変えることによって、スライド部材３を往復運動させて、かつ、このスライド部材３の往復運動の際、ピエゾ素子１１を駆動制御する制御手段により、例えば、スライド部材３の往動時にはピエゾ素子１１に所定の電流を流し伸長させ、工具１３に所定量の切り込み量を与えて被加工物に対して引き切り切削加工を行う。復動時にはピエゾ素子１１を縮小させ工具１３が被加工物に干渉しない位置まで退避させて復帰させる。その後、図示していない手段によって被加工物を相対的にスライド部材３の往復動作方向と直交する方向に移動させて、前述したようにして溝加工を行う。なお、工具１３の切り込み量はピエゾ素子１１に印加する電圧の大きさによって制御する。

本発明の一実施形態の斜視図である。 同実施形態の断面図である。 同実施形態におけるスライド部材部分の拡大断面図である。

符号の説明

１ ベース
２ ガイド部材
３ スライド部材
４、５ 反転用永久磁石
６ 駆動用永久磁石
７ コイル
８ 鉄心
９ 空気配管
１０ 空気入口
１１ ピエゾ素子
１２ 弾性部材
１３ 工具
１４ ねじ

Claims (9)

1. 工具が取り付けられたスライド部材と該スライド部材をガイドするガイド部材で構成された直線駆動装置を備えた加工装置において、ガイド部材とスライド部材との間で軸受を構成し、ガイド部材とスライド部材の間で推力を発生させる機構を備え、スライド部材の直線移動ストロークの両端において、スライド部材とガイド部材の間で軸方向に反発力が働くように反転用の永久磁石をスライド部材とガイド部材に配置したことを特徴とする加工装置。
2. 固定されたベースとガイド部材との間で軸受を構成し、ガイド部材とスライド部材が同軸上を移動できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記軸受を流体軸受としたことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の加工装置。
4. 前記推力を発生させる機構をガイド部材とスライド部材の間に設けたリニアモータで構成したことを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の加工装置。
5. スライド部材に駆動用のコイルを備え、前記ガイド部材における前記スライド部材のストロークの両端に駆動用の永久磁石を配置してリニアモータを構成し、駆動用の永久磁石がストローク両端の前記反転用永久磁石の磁力を強めるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の加工装置。
6. ガイド部材とスライド部材における前記反転用の永久磁石の磁極の向きがガイド部材の軸方向と垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の加工装置。
7. 前記スライド部材には、加工する被加工物に対する切り込み量を変える手段を備える請求項１乃至６の内いずれか１項に記載の加工装置。
8. 前記切り込み量を変える手段としてピエゾ素子を使用したことを特徴とする請求項７に記載の加工装置。
9. 前記切り込み量を変える手段を制御し、往路で工具が切り込み、復路で工具が逃げて一方向の引き切り切削加工を行う制御手段を備えた請求項７または請求項８に記載の加工装置。
   

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