JP2009107066A - 精密ロール旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に較べて格段に高速な微細溝加工を実現し、１本あたりの加工時間を大幅に短縮することができるようにした精密ロール旋盤を提供する。
【解決手段】ワークであるロールＷの一端をチャックで保持しながらロールＷに回転を与える主軸を有する主軸台１２と、主軸台１２に対向してベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台１４と、ロールＷの長手方向を移動可能にベッド上に設置されたサドル２６と、ロールの長手方向と直角の方向に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブル２８とを設け、さらにロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、エアスライダを駆動するリニアモータと、を備えたエアスライド装置４０をテーブルに設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密ロール旋盤に係り、特に、レンズシートなどの光学製品を押出成形するロール金型の加工に用いられる精密ロール旋盤に関する。

ロールを加工する工作機械にはロール旋盤がある。ロール旋盤は、ダイヤモンドバイトなどを取り付けた刃物台を往復台に設置した旋盤である。主軸台でロールを回転させ、往復台を前後方向（Ｘ軸）に送りながら周方向の溝を加工するのが基本的な使い方である。ロールに軸方向の溝を加工する場合は、主軸台（Ｃ軸）でロールを割り出しながら、往復台を左右方向（Ｚ軸）に送ることにより、軸方向の溝を創生することができる。

近年、機械制御技術の進歩によって、ロール旋盤による超精密加工が実現されている。最近では、光学レンズの成形に用いる金型の加工がロール旋盤で実施されるようになってきている。このような超精密加工を実現するロール旋盤として、出願人は、特許文献１乃至５に挙げる精密ロール旋盤を提案している。

この精密ロール旋盤は、刃物旋回台に通常の刃物台とフライカッタスピンドル装置とを設置しているので、両者を使い分けることにより、ロールを連続回転させて縦溝（周方向の溝）を切削できるのはもちろん、フライカッタによりロールを割り出しながら横溝（軸方向の溝）についても高精度の加工を行うことができる。

この精密ロール旋盤によれば、液晶パネルのバックライトに使用されるレンチキュラーレンズシート、クロスレンチキュラーレンズシート、プリズムシートなどの押出成形に用いる超精密のロール金型の加工を実現することができる。
特願２００６−１３００６６号 特願２００６−１３５５６０号 特願２００６−１５６３８８号 特願２００６−１６５１４４号 特願２００６−１６６４０４号

この種のロール旋盤によるロール金型の超精密加工では、１本のロールについて加工を終了するまでに長時間を要するという問題がある。最近では、液晶パネルの大型化の進展に伴い、ロールも大型になっており、例えば、長さ２メートルものレンズシート用ロール金型を加工することもある。

１本の溝を加工すること自体は、時間がかかるものではない。上記のロールの場合、軸方向に１本の横溝を加工するのに１分程度かかる。しかし、レンズシート用のロール金型の場合は、その溝一つ一つが微細なため、全体では膨大な数の溝を加工しなければならない点に大きな特徴がある。ロール全体では、横溝を仮に３万本とすると、１本のロールにすべての横溝を中断なく加工して３００００分、つまり５００時間、３週間かかることになる。

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、従来に較べて格段に高速な微細溝加工を実現し、１本あたりの加工時間を大幅に短縮することができるようにした精密ロール旋盤を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、超精密加工範囲が著しく広くなるロール加工をより高精度にするために支援する様々な機能を付加した精密ロール旋盤を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明に係る精密ロール旋盤は、ベッドと、前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、前記ロールの長手方向を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、ロールの長手方向と直角の方向に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、前記テーブル上に設置され、前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、前記エアスライダを駆動するリニアモータと、を備えたエアスライド装置と、を具備したことを特徴とするものである。

また、本発明に係る精密ロール旋盤専用エアスライド装置は、ロール旋盤の刃物台に取り付けられ、バイトを高速でロールの長手方向に直線移動させるためのエアスライド装置であって、前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、前記エアスライダを駆動するリニアモータと、前記ガイドレール、エアスライダ、リニアモータを一体的に収納するケースと、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、従来に較べて格段に高速な微細溝加工を実現し、１本あたりの加工時間を大幅に短縮することができ、また、超精密加工範囲が著しく広くなるロール加工をより高精度に、高能率にすることができる。

以下、本発明による精密ロール旋盤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。
図１は、本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を正面から表した斜視図であり、図２は、ロールを設置していない状態で、図１とは反対側から表した斜視図である。

図１および図２において、参照番号１０は、ベッドを示す。このベッド１０の上には、主軸台１２、心押台１４、往復台１６が配置されている。ワークはロール形状のロールＷであり、主軸台１２と心押台１４とで回転自在に支持されている。
主軸台１２は、ベッド１０の長手方向の一端部に配置されている。この主軸台１２は、本体部１７と、主軸１８と、この主軸１８の先端に取り付けられたチャック１９と、主軸１８を駆動するサーボモータ２０を含む。主軸１８は本体部１７に内蔵されている図示しない油静圧軸受により支持されている。チャック１９は、ロールＷの軸を把持し、主軸１８の回転をロールＷに伝達する。

この主軸台１２では、主軸１８を駆動するサーボモータ２０は、主軸１８を直接駆動するビルトイン型のサーボモータとして構成されている。主軸１８の回転量は、エンコーダにより検出される。このエンコーダの検出信号をフィードバックして主軸１８の位置制御および速度制御を行うことにより、主軸台１２にはロールＷの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ軸）としての機能と、主軸１８を一定の回転数（数百回転まで）で連続回転させる機能が付加されている。

次に、図１、図２において、心押台１４は、主軸台１２に対向してベッド１０上に配置されている。ベッド１０の上面には図示しない案内面が設けられ、心押台１４は移動可能に設置されている。心押台１４は、従来一般の心押軸の代わりに主軸２４を備えており、この主軸２４に取り付けたチャック２５でロールＷの軸を回転自在に支持する。このような心押台１４は、基本的な構成は主軸台１２と同様のものである。

次に、往復台１６について説明する。
往復台１６は、ロールＷの軸方向に移動可能にベッド１０上に設置されているサドル２６を含む。このサドル２６の上には、ロールＷの軸方向と直角な方向に移動可能にテーブル２８が設置されている。

本実施形態の精密ロール旋盤では、サドル２６を送る軸がＺ1軸で、サドル２６上でテーブル２８を送る軸がＸ軸である。そして、この精密ロール旋盤では、Ｘ軸、Ｚ1軸の他、主軸台１２にはＣ軸、テーブル２８に設けられた刃物旋回台３０にはＢ軸および、以下に詳細に説明するように、Ｚ2軸、Ｗ軸が設けられている。

刃物旋回台３０の上には、刃物台３２が取り付けられている。この実施形態の場合、刃物台３２には、通常のバイト３１が取り付けられる他、エアスライド装置４０がアタッチメントとして着脱できるようになっている。

刃物台３２には、周方向に所定の間隔でバイト３１が配列されている。この実施形態では、バイト３１が４本、刃物台３２を６０度毎旋回させて割り出すことができるようになっている。バイト３１には、超精密加工の場合にはダイヤモンドバイトが使用される。

本実施形態による精密ロール旋盤では、刃物台３２には、次のようなエアスライド装置４０が設置されている。
図３は、エアスライド装置４０の本体を示す斜視図である。このエアスライド装置４０は、ダイヤモンドバイトを高速でロールＷの長手方向に直線移動させ、軸方向に溝を高効率で加工するために、アタッチメントとして刃物台３２に取り付けられるものである。

この実施形態によるエアスライド装置４０は、エアスライダ４１をリニアモータにより駆動してガイドレール４２に沿って浮揚状態で高速で走行させる装置で、エアスライダ４１には、ダイヤモンドバイト５０が微細加工ユニット４４を介して取り付けられている。エアスライダ４１は、ケース４５の内部で走行し、ダイヤモンドバイト５０は、ケース４５に形成されたスリット４８から突出し、この状態で移動する。このようにエアスライド装置４０は、長尺な箱状のケース４５に収納されてあらかじめユニット化されており、ケース４５ごと刃物台３２に取り付けたり、取り外すことができるようになっている。なお、刃物台３２にエアスライド装置４０を設置していないときは、普通の刃物台３２としてバイト３１で加工できるようになっている。

次に、図４は、エアスライド装置４０のケース４５に収まっていない状態でのエアスライダ４１およびガイドレール４２を示す図である。
ガイドレール４２は、ロールＷと平行になるように位置決めされるもので、大型の長いロールＷの加工にも対応できるように、大型のロール旋盤では２〜３メートル前後の長さのものが用いられる。もちろん、短いロールに対応できるように短いレールであってもよい。ガイドレール４２は、水平部４２ａと垂直部４２ｂとがＴ字に交差するＴ字断面をもつレールである。この場合、エアスライダ４１は、水平部４２ａを両側から抱き込むように嵌合している。また、ガイドレール４２の水平部４２ａの上面では、中央にリニアモータの固定子を構成する磁石４６がレール長手方向に配列されている。

図５に示すように、ガイドレール４２では、水平部４２ａの上下面および側面にエアスライダ４１の滑動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成されている。エアスライダ４１からは活動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃに向けてエアが噴出されることで、エアスライダ４１は滑動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃからごくわずかに浮き上がるようになっている。リニアモータの可動子４８は、磁石４６と対向するように、エアスライダ４１の下部に冷却ブロック４７を介して担持されている。冷却ブロック４７には、冷却水が供給されるようになっており、可動子４８の過熱を抑制している。このようなリニアモータは、エアスライダ４１を移動させ、その位置、速度制御をするＺ2軸の駆動機構を構成している。

図５に示すように、エアスライダ４１において、ロールＷに向き合う方の側面下部には、微細加工ユニット４４を介してバイトホルダ４９が取り付けられている。このバイトホルダ４９にはダイヤモンドバイト５０が装着されている。

微細加工ユニット４４は、ピエゾ素子に電圧を印加したときの微小な変形を利用して、ダイヤモンドバイト５０の刃先の位置を切込方向に微小変位させる装置である。この場合、ダイヤモンドバイト５０の刃先は、ロールＷの中心線を含むＸ−Ｚ平面上にあり、Ｘ軸で移動させロールＷに刃先を接触するかしないかのおおまかな位置に位置決めしておいてから、微細加工ユニット４４で所要の電圧を印加してピエゾ素子を膨張させ、ダイヤモンドバイト５０の切込量を設定することができるようになる。

以上のようなエアスライド装置４０は、構成要素一式がケース４５に収容されて刃物台３２に取り付けて用いられるが、次のように脚部と受け台で両端部を支える構造になっている。

図１並びに図６において、ケース４５の両端部に近い位置には、脚部５１が取り付けられている。この脚部５１の下端にはエアパッド５２ａ、５２ｂが取り付けられている。このエアパッド５２ａ、５２ｂは、多孔質材料から形成されており、微細な孔を通じて真空引きを行い、エアパッド５２ａ、５２ｂをベッド上に配置した受け台５４に固定できるようになっている。また、エアスライド装置４０を刃物台３２とともにＸ軸方向に移動させるときには、エアパッド５２ａ、５２ｂからエアを噴き出すことにより、わずかに受け台５４の表面から浮かせることができるようになっている。

なお、図１、２において、参照番号６０は、切子吸引装置を示す。この切子吸引装置６０は、エアスライド装置４０のＺ2と同期するＷ軸を制御軸をもっている。吸引口６１は、エアスライダ４１のダイヤモンドバイト５０の近くにも配置されている。

本実施形態による精密ロール旋盤は、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。
本実施形態による精密ロール旋盤では、刃物台３２にエアスライド装置４０を取り付けてロールＷを加工する使用態様と、エアスライド装置４０を取り付けない状態で通常のロール旋盤としてロールを加工する使用態様とがあるが、まず、前者のエアスライド装置４０を取り付けた場合のロール軸方向の溝加工について説明する。
加工前には、ロールＷを、主軸台１２と心押台１４に取り付けるときに芯出しを行なっておく。次いで、刃物台３２に設置してあるエアスライド装置４０がロールＷに対して平行になるようにＢ軸で割り出す。その後、テーブル２８ごと刃物旋回台３０をＸ軸で送って、ダイヤモンドバイト５０の刃先とロールＷの距離がほぼゼロになる位置に位置決めすることになる。

図６において、エアスライド装置４０を位置決めするまでは、脚部５１のエアパッド５２ａ、５２ｂからはエアが噴き出され、エアパッド５２ａ、５２ｂは受け台５４の表面からわずかに浮いた状態にある。Ｘ軸での位置が決まると（二点鎖線で示す）、エアパッド５２ａ、５２ｂから真空引きすることにより、エアパッド５２ａ、５２ｂが受け台５４に吸着するので、エアスライド装置４０をクランプすることができる。このように、エアパッド５２ａ、５２ｂを用いて受け台５４上の移動およびクランプ動作を円滑に行うことができる。

こうして、エアスライド装置４０をクランプした位置では、ダイヤモンドバイト５０の刃先とロールＷの距離がほぼ０になっている。引き続いて、加工基準面を出すため、ロールＷを回転させた状態のまま、エアスライダ４１をＺ2軸で送ってロールＷの加工範囲に全面加工を行う。この全面加工により、加工の基準が確立する。ダイヤモンドバイト５０による超精密本加工は、その後で行うことになる。

この超精密本加工としては、例えば、ロールＷの全面に亘って微細な溝を軸方向に加工する例を挙げて説明する。この場合、エアスライダ４１を高速で移動させてロールＷに微細な溝を１本ずつ加工する。そして、１本の溝の加工が終了すると、Ｃ軸で割り出してからエアスライダ４１を移動させて次の溝をロールＷに加工する。これを繰り返して、ロールＷ全体に溝を加工する。

ロールＷ全体にわたって微細な溝を軸方向に加工する場合、加工範囲が広くなる上に、溝の本数が膨大な数になる。

そこで、本実施形態による精密ロール旋盤によれば、次のようにして加工の効率化を図っている。

第１に、刃物台３２の載った往復台１６を送るＺ１軸とともに、Ｚ２軸を構成するエアスライド装置４０を併設することにより、エアスライド装置４０の高速性を十二分に活用できるようにしている。すなわち、Ｚ2軸を構成するエアスライド装置４０は、ダイヤモンドバイト５０を有するエアスライダ４１を高速で走行させながら溝を加工できるため、従来のロール旋盤のように、刃物台３２の載った往復台１６を送って溝を加工する場合と較べると、送り速度に格段の違いが生じる。

実際、従来のロール旋盤での往復台は、速いものでも１５ｍ／分程度であるのに対して、エアスライド装置４０ではエアスライダ４１を３倍の４５ｍ／分の送り速度で走行させることが可能である。
また、エアスライド装置４０では、単純に高速になるだけにとどまるものではなく、エアスライダエアに浮遊させたまま直進運動を与えるので、運動の真直度が高く、また、摩擦がなく、位置および速度の制御を高精度に行える利点がある。

第２に、ロールＷに微細な溝を加工する場合には、１本の溝を仕上げるには、ダイヤモンドバイトで数回切削する必要があり、従来は、１回切削するごとにＸ軸で刃先の位置を変えるとともに、切込量を調整する必要があった。

本実施形態によるロール旋盤では、エアスライダ４１に微細加工ユニット４４を設け、この微細加工ユニット４４を介してダイヤモンドバイト５０を取り付けることにより、ピエゾ素子に印加する電圧でダイヤモンドバイト５０の切込量を微少量だけ制御することができる。このため、最初にダイヤモンドバイト５０の刃先を軸上で位置を決めておくと、その後は、微細加工ユニット４４により、刃先の位置を微小変位させることができるので、溝加工の精度を高めると同時に、Ｘ軸での微小量の移動が不要になる分だけ、効率を格段に高めることができる。

このようにして、本実施形態のロール旋盤によれば、ロールＷの全面にわたる軸方向の溝の超精密加工を従来に較べて効率を格段に高めることができる。実際、大型のロール１本に、全部で数万本もの溝を加工する場合、従来は中断することなく連続して加工しても３週間から一月かかっていたのに対して、約２週間で加工することができた。

以上、ロールＷに軸方向の溝を加工する例を説明したが、エアスライド装置４０を使って、ロールＷに周方向の微細な溝をロール全体に加工することもできるのはもちろんである。この場合、１本の溝を加工するごとに、エアスライダ４１を軸方向に微少量送って溝加工を繰り返せばよい。

また、本実施形態の精密ロール旋盤では、刃物台３２からエアスライド装置４０を取り外しても、刃物台３２のバイト３１により、通常のロール旋盤の用法にしたがって、ロールを加工することができることはもちろんである。

以上、本発明に係る精密ロール旋盤について、エアスライド装置を取り付けることより、Ｚ2軸を付加する実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、当初から固定的にＺ2軸を構成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を正面から表した斜視図である。 本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を背面から表した斜視図である。 本発明の一実施形態による精密ロール旋盤で用いられるエアスライド装置の外観を示す斜視図である。 図３のエアスライド装置のエアスライダとガイドレールを示す斜視図である。 エアスライダの側面を示す図。 エアスライダ装置の取り付けられた刃物台の側面図。

符号の説明

１０ ベッド
１２ 主軸台
１４ 心押台
１６ 往復台
２６ サドル
２８ テーブル
３１ バイト
３２ 刃物台
４０ エアスライド装置
４１ エアスライダ
４２ ガイドレール
４４ 微細加工ユニット
４５ ケース
４６ 磁石
４８ 可動子
４９ バイトホルダ
５０ ダイヤモンドバイト
５２ａ、５２ｂ エアパッド
５４ 受け台

Claims (10)

1. ベッドと、
   前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸を有する主軸台と、
   前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、
   前記ロールの長手方向を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、
   ロールの長手方向と直角の方向に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、
   前記テーブル上に設置され、前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、前記エアスライダを駆動するリニアモータと、を備えたエアスライド装置と、
   を具備したことを特徴とする精密ロール旋盤。
2. 前記テーブルには、複数本のバイトが固定された刃物台を有する旋回台が設置され、前記刃物台に、前記エアスライド装置が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。
3. 前記エアスライド装置は、前記ピエゾ素子に電圧を印加したときの伸縮により、ダイヤモンドバイトの刃先の位置を切込方向に微小変位させる微細加工ユニットを備えることを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。
4. 前記テーブル上で前記旋回台をロールの長手方向と直角に移動し、前記エアスライド装置を加工位置に位置決めする軸をＸ軸、前記サドルをロールの長手方向に移動する軸をＺ1軸、前記エアスライダを前記リニアモータで移動する軸をＺ2軸とし、さらに、前記旋回台の旋回軸をＢ軸としたことを特徴とする請求項２に記載の精密ロール旋盤用。
5. エアスライド装置は、前記刃物台に着脱可能に取り付けられるアタッチメントとして構成されたことを特徴とする請求項２に記載の精密ロール旋盤。
6. ロール旋盤の刃物台に取り付けられ、バイトを高速でロールの長手方向に直線移動させるためのエアスライド装置であって、
   前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、
   前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、
   前記エアスライダを駆動するリニアモータと、
   前記ガイドレール、エアスライダ、リニアモータを一体的に収納するケースと、を備えたことを特徴
7. 前記ピエゾ素子に電圧を印加したときの伸縮により、ダイヤモンドバイトの刃先の位置を切込方向に微小変位させる微細加工手段をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の精密ロール旋盤専用エアスライド装置。
8. 前記ガイドレールは、前記エアスライダが嵌合する水平部と、垂直部がＴ字をなす断面Ｔ字形のレールからなり、前記水平部の上面には、中央に長手方向にリニアモータの磁石が配列され、磁石の配列の両側に、前記エアスライダがエアにより滑動する滑動面が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の精密ロール旋盤専用エアスライド装置。
9. 前記ケースに取り付けられエアスライド装置を水平に支持する脚部と、
   前記脚部を滑動可能に支持する受け台と、
   をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の精密ロール旋盤専用エアスライド装置。
10. 前記脚部の下端には、エアを噴出しおよび吸引するエアパッドが取り付けられ、該エアスライド装置は、前記エアパッドからエアを噴出させることにより、受け台の表面を浮揚滑動可能になり、前記エアパッドからの真空吸引により、任意の位置に固定クランプできることを特徴とする請求項９に記載の精密ロール旋盤専用エアスライド装置。

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