JP2010094791A - マイクロマシンおよびマイクロフライスマシン - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は微細加工部品の生産を、設置スペースや重量が非常に小さく、消費電力も少なく、商用電源を使用することなく稼動させることができるマイクロマシンおよびマイクロフライスマシンを得るにある。
【解決手段】 ほぼＡ４サイズの大きさのベース板、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台、ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台、ワーク支持台に支持されたワークをあらかじめ設定された寸法となるように、該ワーク支持台および工具支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとを備えるマイクロマシン本体と、このマイクロマシン本体を稼動させる太陽電池パネル、この太陽電池パネルからの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体へ供給する蓄電池とからなる太陽光発電装置とでマイクロマシンを構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明はほぼＡ４サイズの大きさのベース板を用いた微細加工部品を生産するマイクロマシンおよびマイクロフライスマシンに関する。

従来、微細加工部品、例えば５Φｍｍ〜１０Φｍｍ大きさの部品を加工する場合、縦寸法が２ｍ、横寸法が２ｍ、高さ寸法が２ｍ程の大きさの商用電源で稼動する精密加工機を用いて加工している。
このため、設置スペースや重量が大きく、消費電力も大きいという欠点があった。
特になし

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、微細加工部品の生産を、設置スペースや重量が非常に小さく、消費電力も少なく、商用電源を使用することなく稼動させることができるマイクロマシンおよびマイクロフライスマシンを提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明はほぼＡ４サイズの大きさのベース板、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台、前記ワーク支持台に支持されたワークをあらかじめ設定された寸法となるように、該ワーク支持台および工具支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとを備えるマイクロマシン本体と、このマイクロマシン本体を稼動させる太陽電池パネル、この太陽電池パネルからの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体へ供給する蓄電池とからなる太陽光発電装置とでマイクロマシンを構成している。

本発明はほぼＡ４サイズの大きさのベース板、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた支持台、この支持台にＹ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台、前記ワーク支持台に支持されたワークをあらかじめ設定された寸法となるように、前記工具支持台、支持台およびワーク支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとを備えるマイクロフライスマシン本体と、このマイクロフライスマシン本体を稼動させる太陽電池パネル、この太陽電池パネルからの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体へ供給する蓄電池とからなる太陽光発電装置とでマイクロフライスマシンを構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。

（１）ほぼＡ４サイズの大きさのベース板を用いたマイクロマシン本体と、このマイクロマシン本体を稼動させる太陽光発電装置とで構成されているので、従来の商用電源で稼動する精密加工機を用いるものと比べ、設置スペースでは約１／２００、重量比で約１／１０００に小さくできるとともに、消費電力で１／１０００にできる。
したがって、低コストで微細加工部品の生産ができる。

（２）前記（１）によって、マイクロマシン本体を太陽光発電装置で稼動させるので、商用電源が得られない砂漠、不毛の大地、海上、宇宙での工場建設と運用を行なうことができる。

（３）前記（１）によって、小さなスペースでよく、商用電源との接続を行わなくてもマイクロマシン本体を稼動させることができるので、資格を有する人の電気工事が不要で、容易にかつ短時間に微細加工部品を生産する工場の立ち上げを行なうことができる。

（４）請求項２も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られるとともに、ＣＣＤカメラでワークと工具との先端部の間の距離をワークに接触応力を加えたり、ワークに傷や変形、破損させることなく、非接触で容易に測定することができる。
したがって、小さなマイクロマシン本体であっても、ＣＣＤカメラは小さく、容易に安価に設置することができる。
また、ＣＣＤカメラによって、ワークと工具の先端部との間の距離を測定するので、従来の目測や顕微鏡を用いるものに比べ、短時間に正確に測定でき、ワークを不良品の発生が少なく、効率よく正確に加工することができる。

（５）請求項２はワーク支持台および工具支持台を非接触で原点復帰させることができる。
したがって、耐久性に優れ、正確に原点復帰させることができる。

（６）請求項３も前記（１） 〜（３）と同様な効果が得られるとともに、マイクロマシン本体を稼動させようとコンピュータを操作する時に、コンピュータに太陽光発電装置の電力の残量が表示されているので、マイクロマシン本体の稼動がどれぐらいできるかを容易に確認することができる。

（７）請求項４も前記（１） 〜（３）と同様な効果が得られる。

（８）請求項５も前記（１） 〜（５）と同様な効果が得られる。

（９）請求項６も前記（１） 〜（３）、（６）と同様な効果が得られる。

以下、図面に示す本発明を実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。

図１ないし図５に示す本発明を実施するための最良の第１の形態において、１は微細加工部品（例えば５Φｍｍ〜１０Φｍｍ大きさの部品）の生産を行なう本発明のマイクロマシンで、このマイクロマシン１はＤＣ駆動のマイクロマシン本体２と、このマイクロマシン本体２を稼動させるＤＣ発電の太陽光発電装置６０とで構成されている。

前記マイクロマシン本体２は図２ないし図４に示すように、ほぼＡ４サイズの大きさのベース板５と、このベース板５にＺ軸方向に固定されたＺ軸ガイドレール６、６と、このＺ軸ガイドレール６、６に沿ってＺ軸方向に往復移動するＺ軸テーブル７と、このＺ軸テーブル７に固定されたバイトやドリル等の工具８が取付けられる工具支持台９と、前記Ｚ軸テーブル７をＺ軸方向に往復移動させる、該Ｚ軸テーブル７の底面に固定されたナット１０と螺合される送りねじ１１をカップリング１２を介して正・逆回転させる、前記ベース板５に固定された制御装置５６を介して前記ノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフトで駆動されるＺ軸サーボモータ１３と、前記Ｚ軸テーブル７が原点位置に位置するとセンサー信号を前記ノートＰＣ等のコンピュータ３に出力する、該Ｚ軸テーブル７に固定された遮光板１４および、前記ベース板５に該遮光板１４に入り込むように固定された発光素子１５と受光素子１６とが備えられたＺ軸原点復帰センサー１７とからなるＺ軸原点復帰手段１８と、前記ベース板５にＸ軸方向に固定されたＸ軸ガイドレール１９、１９と、このＸ軸ガイドレール１９、１９に沿ってＸ軸方向に往復移動するＸ軸テーブル２０と、このＸ軸テーブル２０に固定されたワーク２１を支持するチャック２２を、制御装置５６を介して前記ノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフトで駆動されるモータ２３を備えるワーク駆動装置２４を支持するワーク支持台２５と、前記Ｘ軸テーブル２０をＸ軸方向に往復移動させる該Ｘ軸テーブル２０の底面に固定されたナット２６と螺合される送りねじ２７をカップリング２８を介して正・逆回転させる、前記ベース板５に固定された制御装置５６を介して前記ノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフトで駆動するＸ軸サーボモータ２９と、前記Ｘ軸テーブル２０が原点位置に位置するセンサー信号を前記ノートＰＣ等のコンピュータ３に出力する、該Ｘ軸テーブル２０に固定された遮光板３０および、前記ベース板５に該遮光板３０が入り込むように固定された発光素子３１と受光素子３２とが備えられたＸ軸原点復帰センサー３３とからなるＸ軸原点復帰手段３４と、前記ベース板５にアーム３５を介して固定された原点位置の前記工具支持台９の工具８の先端部と前記ワーク支持台２５のワーク２１との間の水平方向の距離およびワークの大きさを測定することができ、測定信号を前記ノートＰＣ等のコンピュータ３に出力することができるＣＣＤカメラ３６を用いた測定装置３７と、この測定装置３７で測定された測定値により、あらかじめ設定された指定寸法のワークとなるように、前記ワーク支持台２５および工具支持台９を移動させるサーボモータ１３、２９の駆動を制御する加工ソフト３８とで構成されている。

なお、工具支持台９の原点復帰手段１８やワーク支持台２５の原点復帰手段３４の動作シーケンスの一例としては、現在の位置を読み込み、決められた処理範囲内でＺ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３から十分離れる位置に移動させる。
しかる後、Ｚ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３の設置された方向に向かって、ある程度の高速で移動させる。
Ｚ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３の信号が入った時点で減速停止し、その後、逆方向に十分な低速で移動させ、Ｚ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３の信号が消える位置まで移動させ、停止させることで工具支持台９およびワーク支持台２５の原点に位置させる。
なお、具備したＺ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３に一定の間隔ごとにスパイク状に得られる信号（
Ｃ相信号など）がある場合には、Ｚ軸・Ｘ軸原点復帰センサー１７、３３の信号が消えてから、更に決められた回数だけ、その信号が出力される位置まで移動し、停止させて、工具支持台９およびワーク支持台２５を原点に位置させる。

前記太陽光発電装置６０は前記マイクロマシン本体２に動力を供給する太陽電池パネル６１と、この太陽電池パネル６１からの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体２のノートＰＣ等のコンピュータ３や制御装置５６へ供給する蓄電池６２とで構成され、この蓄電池６２の充電量を該蓄電池６２に設けられた充電センサー６４で検出し、この検出信号をノートＰＣ等のコンピュータ３へ供給し、
コンピュータ３の充電量表示ソフト６５によって、コンピュータ３のディスプレイ３ａで充電量を表示できるように構成されている。

上記構成のマイクロマシン本体２は太陽光発電装置６０で発電された電力を用いて稼動される。
マイクロマシン本体２はノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８によって、Ｚ軸原点復帰手段１８のＺ軸サーボモータ１３の駆動およびＺ軸原点復帰センサー１７で工具支持台９を原点に位置させる。
また、Ｘ軸原点復帰手段３４のＸ軸サーボモータ２９の駆動およびＸ軸原点復帰センサー３３でワーク支持台２５を原点に位置させる。
次に工具支持台９およびワーク支持台２５が原点に位置すると、測定装置３７のＣＣＤカメラ３６によって、ワーク支持台２５に支持されているワーク２１のサイズを測定するとともに、工具支持台９に支持されている工具８の先端部とワーク支持台２５に支持されているワーク２１との間の水平方向の処理を測定し、その測定値をノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８に入力する。
この測定値が、ノートＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８に入力されると、加工の原点位置を修正して加工ソフト３８でワーク駆動装置２４のモータ２３、Ｚ軸サーボモータ１３およびＸ軸サーボモータ２９を駆動させ、工具８でワーク２１を所定寸法に加工する。

なお、ノーズ半径がある工具８を使用する場合、ノーズ円弧内での全角度方向におけるノーズ半径中心から工具８の先端部までの距離データテーブルを用いた測定装置を用いてもよい。
また、温度により伸縮がある場合、伸縮量の補正値の入力がされる測定装置を用いてもよい。
加工後、ＣＣＤカメラ３６によって加工原点から突出した加工後のワークの寸法を測定し、目標値と誤差がある場合、誤差量に応じた補正値が加工ソフト３８に入力される補正回路あるいはソフトウエアによる補正処理を行なう測定装置３７を用いてもよい。

前記本発明を実施するための最良の第１の形態では、Ｚ軸方向に移動する工具支持台９、Ｘ軸方向に移動するワーク支持台２５を設けたものについて説明したが、本発明はこれに限らず、Ｚ軸方向にワーク支持台２５を移動させ、Ｘ軸方向に工具支持台９を移動させるようにしても、同様な効果が得られる。
[発明を実施するための異なる形態]

次に、図６ないし図１１に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図６に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、加工ソフト３８が備えられたデスクトップＰＣ等のコンピュータ本体６６を使用したマイクロマシン本体２Ａを用いた点で、このようなマイクロマシン本体２Ａを用いて構成したマイクロマシン１Ａにしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。

図７ないし図１１に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と主に異なる点は、Ｚ軸テーブル７にＸ軸方向に移動するワーク支持台２５を取付けるとともに、該ワーク支持台２５のチャック２２に支持されたワーク２１を加工できる部位のベース板５にＹ軸方向のＹ軸ガイドレール４１、４１が固定されたＹ軸テーブル４２と、このＹ軸テーブル４２のＹ軸ガイドレール４１、４１に沿ってＹ軸方向に往復移動する工具８が取付けられた工具支持台９と、この工具支持台９をＹ軸方向に往復移動させ、該工具支持台９の底面に固定されたナット４３と螺合される送りねじ４４をカップリング４５を介して正・逆回転させる、前記Ｙ軸テーブル４２に固定された制御装置５６を介してＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８で駆動するＹ軸サーボモータ４６と、前記工具支持台９が原点に位置するとセンサー信号をＰＣ等のコンピュータ３に出力する工具支持台９に固定された遮光板４７および、前記Ｙ軸テーブル４２に該遮光板４７が入り込むように固定された発光素子４８と受光素子４９とが備えられたＹ軸原点復帰センサー５０とからなるＹ軸原点復帰手段５１と、ワーク支持台２５、Ｚ軸テーブル７および工具支持台９がそれぞれ原点に復帰した所で、工具支持台９に支持された工具８の先端部と前記ワーク支持台２５に支持されたワーク２１との原点間の垂直方向の距離を測定する、前記ベース板５にアーム５２を介して設けられた垂直用のＣＣＤカメラ５３を用いた測定値がＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８へ出力される垂直測定装置５４および、工具８の先端部とワーク２１との原点間の水平方向の距離を測定する、前記ベース板５にアーム３５を介して設けられた水平用のＣＣＤカメラ３６を用いた測定値がＰＣ等のコンピュータ３の加工ソフト３８へ出力される水平測定装置３７とを使用したマイクロフライスマシン本体５５を用いた点で、このようなマイクロフライスマシン本体５５を用いて構成したマイクロフライスマシン６７にしても、前記本発明を実施するための最良の第１の形態と同様な作用効果が得られる。

なお、前記本発明の各実施の形態ではＤＣ駆動のマイクロマシン本体２と、このマイクロマシン本体２を稼動させるＤＣ発電の太陽光発電装置６０とを用いるものについて説明したが、本発明はこれに限らず、ＡＣ駆動のマイクロマシン本体２や蓄電池６２と制御装置５６との間にインバータを介装したＡＣ発電の太陽光発電装置を用いてもよい。

本発明はマイクロマシンやマイクロフライスマシンを製造する産業で利用される。

本発明を実施するための最良の第１の形態の概略説明図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のマイクロマシン本体の平面図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のマイクロマシン本体の正面図。 本発明を実施するための最良の第１の形態のマイクロマシン本体の側面図。 本発明を実施するための最良の第１の形態の概略ブロック図。 本発明を実施するための第２の形態の概略説明図。 本発明を実施するための第３の形態の概略説明図。 本発明を実施するための第３の形態の平面図。 本発明を実施するための第３の形態の正面図。 本発明を実施するための第３の形態の側面図。 本発明を実施するための第３の形態の概略ブロック図。

符号の説明

１、１Ａ：マイクロマシン、 ２、２Ａ：マイクロマシン本体、
３、３Ａ：コンピュータ、 ４：モニター、
５：ベース板、 ６：Ｘ軸ガイドレール、
７：Ｚ軸テーブル、 ８：工具、
９：工具支持台、 １０：ナット、
１１：送りねじ、 １２：カップリング、
１３：Ｚ軸サーボモータ、 １４：遮光板、
１５：発光素子、 １６：受光素子、
１７：Ｚ軸原点復帰センサー、 １８：Ｚ軸原点復帰手段、
１９：Ｘ軸ガイドレール、 ２０：Ｘ軸テーブル、
２１：ワーク、 ２２：チャック、
２３：モータ、 ２４：ワーク駆動装置、
２５：ワーク支持台、 ２６：ナット、
２７：送りねじ、 ２８：カップリング、
２９：Ｘ軸サーボモータ、 ３０：遮光板、
３１：発光素子、 ３２：受光素子、
３３：Ｘ軸原点復帰センサー、 ３４：Ｘ軸原点復帰手段、
３５：アーム、 ３６：ＣＣＤカメラ、
３７：測定装置、 ３８：加工ソフト、
４１：Ｙ軸ガイドレール、 ４２：Ｙ軸テーブル、
４３：ナット、 ４４：送りねじ、
４５：カップリング、 ４６：Ｙ軸サーボモータ、
４７：遮光板、 ４８：発光素子、
４９：受光素子、 ５０：Ｙ軸原点復帰センサー、
５１：Ｙ軸原点復帰手段、 ５２：アーム、
５３：垂直用のＣＣＤカメラ、 ５４：垂直測定装置、
５５：マイクロフライスマシン本体、
５６：制御装置、 ６０：太陽光発電装置、
６１：太陽電池パネル、 ６２：蓄電池、
６４：充電センサー、 ６５：充電量表示ソフト、
６６：コンピュータ本体、 ６７：マイクロフライスマシン。

Claims (6)

1. ほぼＡ４サイズの大きさのベース板、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台、前記ワーク支持台に支持されたワークをあらかじめ設定された寸法となるように、該ワーク支持台および工具支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとを備えるマイクロマシン本体と、このマイクロマシン本体を稼動させる太陽電池パネル、この太陽電池パネルからの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体へ供給する蓄電池とからなる太陽光発電装置とを備えたことを特徴とするマイクロマシン。
2. マイクロマシン本体はほぼＡ４サイズの大きさのベース板と、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台と、このワーク支持台を原点に復帰させる原点復帰センサーを用いたワーク支持台の原点復帰手段と、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台と、この工具支持台を原点に復帰させる原点復帰センサーを用いた工具支持台の原点復帰手段と、この工具支持台の原点復帰手段で工具支持台が原点に位置するとともに、前記ワーク支持台の原点復帰手段でワーク支持台が原点に位置させた所で、前記ワーク支持台のチャックに支持されているワークの原点と工具支持台に支持されている工具の先端部との間の水平方向の距離を測定する、前記ベース板にアームを介して設けられたＣＣＤカメラを用いた測定装置と、この測定装置で測定された測定値により、あらかじめ設定された指定寸法のワークとなるように前記ワーク支持台および工具支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとからなることを特徴とする請求項１記載のマイクロマシン。
3. マイクロマシン本体のコンピュータは太陽光発電装置の電力の残量を表示できるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマイクロマシン。
4. ほぼＡ４サイズの大きさのベース板、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた支持台、この支持台にＹ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台、前記ワーク支持台に支持されたワークをあらかじめ設定された寸法となるように、前記工具支持台、支持台およびワーク支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとを備えるマイクロフライスマシン本体と、このマイクロフライスマシン本体を稼動させる太陽電池パネル、この太陽電池パネルからの電力を蓄えるとともに、前記マイクロマシン本体へ供給する蓄電池とからなる太陽光発電装置とを備えたことを特徴とするマイクロフライスマシン。
5. マイクロフライスマシン本体はほぼＡ４サイズの大きさのベース板と、このベース板にＺ軸あるいはＸ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられたワークを支持するチャックが設けられたワーク支持台と、このワーク支持台を原点に復帰させる原点復帰センサーを用いたワーク支持台の原点復帰手段と、前記ベース板にＸ軸あるいはＺ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた支持台と、この支持台を原点に復帰させる原点復帰センサーを用いた支持台の原点復帰手段と、前記支持台にＹ軸方向にサーボモータで移動できるように取付けられた工具を支持する工具支持台と、この工具支持台を原点に復帰させる原点復帰センサーを用いた工具支持台の原点復帰手段と、この工具支持台の原点復帰手段、支持台の原点復帰手段およびワーク支持台の原点復帰手段で工具支持台、支持台およびワーク支持台を原点に位置させた所で、工具支持台に支持された工具の先端部と前記ワーク支持台のチャックに支持されたワークの原点との間の水平方向および垂直方向の距離を、前記ベース板にアームを介して設けられた水平および垂直用のＣＣＤカメラを用いた測定装置と、この測定装置で測定された水平方向および垂直方向の測定値により、あらかじめ設定された指定寸法のワークとなるように前記工具支持台、支持台およびワーク支持台を移動させるサーボモータの駆動を、制御装置を介して制御する加工ソフトを備えたコンピュータとからなることを特徴とする請求項４記載のマイクロフライスマシン。
6. マイクロフライスマシン本体のコンピュータは太陽光発電装置の電力の残量を表示できるように構成されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載のマイクロフライスマシン。

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