JP2010162659A - 移動テーブル - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦要素を用いることなくテーブルの移動抵抗をより滑らかに変動させることが可能な移動テーブルを提供する。
【解決手段】基台２０と、基台２０に設けられた案内面と、案内面に沿う方向である案内方向に、移動可能あるいは旋回可能に構成されたテーブル３０と、テーブル３０を案内方向に移動あるいは旋回させるテーブル駆動手段４０と、を備えた移動テーブル１０において、テーブル３０を移動あるいは旋回させる際に発生する抵抗である移動抵抗の大きさを、テーブル３０を案内面に接触させることなく変更可能な移動抵抗可変手段（２１、２２、３１、３２）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械等に用いられている移動テーブルに関する。

従来より、例えば超精密加工を行う工作機械の移動テーブルは、極めて高い精度（例えば数１０［ｎｍ］〜数１００［ｎｍ］程度）を得るために、静圧案内を採用している。静圧案内は、移動するテーブルと案内面との間に潤滑油等の流体を逐次充填させてテーブルと案内面とが接触しないように維持し、摩擦がほぼ存在しない状態（摩擦レス状態）を実現しており、滑らかな送りや、送り時及び反転時の追従性等が非常に優れている。
しかし、静圧案内は摩擦がほぼ存在しないため、停止時や極低速送り時等では、移動トルク指令が極めて小さく、外乱等に対して僅かに安定性を欠き、数［ｎｍ］レベルの変動（誤差）が生じる場合がある。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、静圧案内のガイドの案内面または摺動体のスライド面のいずれかの面に微細な凹凸面を形成し、当該凹凸面に静圧案内用の潤滑油を供給して摩擦レス状態の静圧案内として利用するか、作動油の供給を行わずに凹凸面を案内面またはスライド面に接触させて摺動抵抗（接触抵抗）を保持するようにして利用するか、選択できるようにした摺動体の案内支持装置が開示されている。

特開平６−０００７３５号公報

特許文献１に記載された従来技術では、移動トルク指令が極めて小さい場合、例えば凹凸面への接触による摩擦抵抗を付与することで、移動トルク指令をより大きくすることができるので、摩擦抵抗の有無の制御がない従来よりも制御の安定性を向上させることができる。
しかし、摩擦要素を用いると、摩擦力の急峻な変動によって充分な安定性を得ることは困難であるため、より滑らかな変動で抵抗を得ることが望まれる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、摩擦要素を用いることなくテーブルの移動抵抗をより滑らかに変動させることが可能な移動テーブルを提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項１に記載の移動テーブルは、基台と、前記基台に設けられた案内面と、前記案内面に沿う方向である案内方向に、移動可能あるいは旋回可能に構成されたテーブルと、前記テーブルを前記案内方向に移動あるいは旋回させるテーブル駆動手段と、を備えた移動テーブルにおいて、前記テーブルを移動あるいは旋回させる際に発生する抵抗である移動抵抗の大きさを、前記テーブルを前記案内面に接触させることなく変更可能な移動抵抗可変手段を備えている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項２に記載の移動テーブルは、請求項１に記載の移動テーブルであって、前記移動抵抗可変手段は、前記案内方向に沿って前記基台または前記テーブルの一方に設けられている液体保持タンクと、前記液体保持タンク内に保持されている抵抗用液体と、前記液体保持タンクに対向するように前記基台または前記テーブルの他方に設けられているとともに前記液体保持タンク内の前記抵抗用液体に対して相対的に出し入れが可能な制動部材と、で構成されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項３に記載の移動テーブルは、請求項２に記載の移動テーブルであって、前記液体保持タンクにおける前記案内方向の長さは、前記移動テーブルの可動範囲内において位置決め精度が所定精度以上に設定されている前記案内方向の長さよりも長く、前記可動範囲内における前記案内方向の長さよりも短く設定されている。

また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項４に記載の移動テーブルは、請求項２または３に記載の移動テーブルであって、前記液体保持タンク内に保持されている抵抗用液体の液面の高さを調整可能な液面高調整手段が設けられて、前記抵抗用液体に対して前記制動部材が相対的に出し入れ可能となるように構成されている。
あるいは、前記制動部材を前記保持タンクに向かって進退移動させる制動部材進退手段が設けられて、前記抵抗用液体に対して前記制動部材が相対的に出し入れ可能となるように構成されている。

また、本発明の第５発明は、請求項５に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項５に記載の移動テーブルは、請求項２〜４のいずれか一項に記載の移動テーブルであって、更に、前記テーブル駆動手段を制御するとともに前記液体保持タンク内の前記抵抗用液体に対する前記制動部材の相対的な出し入れを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記テーブルの移動量または移動速度に応じて前記移動抵抗可変手段による移動抵抗の大きさを変更する。

また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項６に記載の移動テーブルは、請求項５に記載の移動テーブルであって、前記制御手段は、前記移動量が所定移動量以下である場合、または前記移動速度が所定移動速度以下である場合、前記移動量が所定移動量より大きい場合、または前記移動速度が所定移動速度より大きい場合、よりも移動抵抗が大きくなるように前記移動抵抗可変手段を制御する。

また、本発明の第７発明は、請求項７に記載されたとおりの移動テーブルである。
請求項７に記載の移動テーブルは、請求項２〜６のいずれか一項に記載の移動テーブルであって、前記制動部材は、油圧で前記抵抗用液体内に出し入れされるシリンダにて構成されている。

請求項１に記載の移動テーブルを用いれば、テーブルを案内面に接触させることなく摩擦要素を用いずに移動抵抗の大きさを変更することができる。

また、請求項２に記載の移動テーブルによれば、テーブルを案内面に接触させることなく移動抵抗の大きさより滑らかに変更できる移動抵抗可変手段を容易に実現することができる。

また、請求項３に記載の移動テーブルによれば、必要以上に液体保持タンクの案内方向の長さを長くしなくて済み、適切な長さとすることができる。

また、請求項４に記載の移動テーブルによれば、抵抗用液体に対して制動部材を相対的に出し入れ可能な構造を容易に実現することができる。

また、請求項５に記載の移動テーブルによれば、従来では移動トルク指令が極めて小さい場合（移動量、移動速度が小さい場合等）において、摩擦要素を用いることなくより滑らかに移動抵抗を変動させて、移動トルク指令を大きくすることができる。

また、請求項６に記載の移動テーブルによれば、移動量、移動速度が小さく、移動トルク指令が極めて小さい場合において、摩擦要素を用いることなくより滑らかに移動抵抗を変動させて、移動トルク指令を大きくすることができるので、安定性がより向上し、誤差を低減することができる。

また、請求項７に記載の移動テーブルによれば、制動部材及び移動抵抗可変手段をより容易に実現することができる。

本発明の移動テーブル１０（（Ａ）及び（Ｂ））と、従来の移動テーブル１００の例を説明する図である。 テーブル３０の可動範囲と要求精度の例を説明する図である。 移動テーブル１０と制御手段５０との概略ブロック図を説明する図である。 旋回するテーブル３０を備えた移動テーブル１０の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明の移動テーブル１０の一実施の形態における概略平面図の例を示しており、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図の例を示している。また、図１（Ｃ）は、従来の移動テーブル１００の断面図の例を示している。

●［移動テーブル１０の概略構成と従来の移動テーブル１００との比較（図１、図２）］
図１（Ａ）に示すように移動テーブル１０は、基台２０と、テーブル３０とを備えている（なお、図１（Ａ）では油圧制御バルブ３２を省略している）。
また、図１（Ｂ）に示すように基台２０には、テーブル３０を案内する案内面が設けられており、前記テーブル３０における前記案内面と対向する位置にはスライド面が設けられており、前記案内面と前記スライド面の間は、潤滑油等が逐次充填された静圧案内３０Ｓに構成されている。なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す移動テーブル１０では、テーブル３０を移動させるテーブル駆動手段として、リニアモータ４０を用いている。
図１（Ｂ）に示す本発明の移動テーブル１０と、図１（Ｃ）に示す従来の移動テーブル１００を比較すると明らかなように、本発明の移動テーブル１０は、従来の移動テーブル１００にはないテーブル３０の案内方向に沿って基台２０に設けられている液体保持タンク２１と、当該液体保持タンク２１内に保持されている抵抗用液体２２と、液体保持タンク２１に対向するようにテーブル３０に設けられているとともに液体保持タンク２１内の抵抗用液体２２に対して相対的に出し入れが可能な制動部材３１とで構成された移動抵抗可変手段を備えている。

移動抵抗可変手段は、テーブル３０の姿勢に影響を与えることなく、テーブル３０の移動時の抵抗（移動抵抗）を付与するものである。静圧案内３０Ｓにて基台２０に対してテーブル３０の摩擦がほぼ存在しない状態であっても、液体保持タンク２１内の抵抗用液体２２に制動部材３１を入れる（浸かる位置に移動させる）と、テーブル３０の移動抵抗が増大する。また、制動部材３１を抵抗用液体２２から出す（浸らない位置に移動させる）と、従来と同様にテーブル３０は静圧案内３０Ｓにて摩擦がほぼ存在しない状態になる。
このように、移動抵抗可変手段は、案内面とスライド面を接触させることがないので摩擦抵抗を発生させず、抵抗用液体２２と制動部材３１にて発生する粘性抵抗によって、移動抵抗の大きさを滑らかに変更可能である。
このため、停止時や極低速送り時等、移動トルク指令が極めて小さい場合であっても、移動抵抗を発生させて移動トルク指令を大きくすることができるので、外乱等の影響が小さくなり、摩擦抵抗に比べて急峻な変動がなく、安定性が向上し、誤差をより低減することができる。

●［移動抵抗可変手段の構成と制御方法（図２、図３）］
図１（Ｂ）に示す移動テーブル１０では、図示しない配管を油圧制御バルブ３２（移動抵抗可変手段）に接続して、油圧を用いて制動部材３１を液体保持タンク２１に向けて進退移動可能とするシリンダで構成した例を示している。なお、制動部材３１を液体保持タンク２１に向けて進退移動させる駆動手段は、油圧シリンダに限定されず、モータ等、種々の駆動手段を用いることができる。
また、制動部材３１を進退移動させずに、液体保持タンク２１内の抵抗用液体２２の液面の高さを変化させて、制動部材３１を抵抗用液体２２に出し入れするようにしてもよい。この場合、液体保持タンク２１にポンプ等を設け、抵抗用液体２２の圧送または排出を行って抵抗用液体２２の液面の高さを調節すればよい。
また、抵抗用液体２２には、例えば高粘性オイル等を用いることが好ましい。
また、制動部材３１における抵抗用液体２２に浸かる部分の形状及びサイズは、円柱形状や平板形状等、任意の形状とすることが可能であり、抵抗用液体２２の特性（粘性等）と要求される移動抵抗の大きさ等から、任意の形状及びサイズに設定すればよい。

また、液体保持タンク２１の案内方向の長さは、テーブル３０の可動範囲全体に必要であるとは限らず、停止や極低速送り等、高い精度が要求される位置をカバーできていればよい。
例えば図２の例に示すように、テーブル３０の可動範囲がＬ２である場合、液体保持タンク２１の案内方向の長さはＬ２の長さが必要であるとは限らない。例えばテーブル３０の可動範囲Ｌ２に対して要求精度が所定閾値ＬＶ１以上となるＬ１の長さをカバーしていればよい。

次に、図３を用いて移動テーブル１０と制御手段５０（テーブル３０、移動抵抗可変手段等を制御）の概略ブロック図と、制御手段５０からの制御方法について説明する。
制御手段５０は、例えば数値制御装置５１と、数値制御装置５１からの指令値と位置検出手段４２（この場合、リニアスケール等）からの検出信号とに基づいて移動テーブル１０のリニアモータ４０に駆動信号Ａを出力する駆動ユニット５２と、で構成されている。
数値制御装置５１は、記憶されているプログラムに従って、テーブル３０の目標位置に対応する指令値を駆動ユニット５２に出力する。また、数値制御装置５１は、静圧案内３０Ｓに供給する潤滑油を制御する案内油圧制御手段３０ＳＡ（ポンプやバルブ等）に駆動信号Ｅを出力する。
駆動ユニット５２は、数値制御装置５１から入力された指令値（目標位置）と、位置検出手段４２から入力された検出信号（現在位置）より、テーブル３０の現在位置と目標位置との偏差に応じた駆動信号Ａをリニアモータ４０に出力する。

また、数値制御装置５１は、更に、移動抵抗可変手段（この場合、油圧制御バルブ３２）に信号Ｄを出力するゲート５３に向けて信号Ｃを出力する。
例えば信号Ｃは、テーブル３０を比較的高速で移動させたい場合や要求精度が比較的低い制御（待機位置への移動、段取り中の移動、粗加工工程での移動等）では、非アクティブレベル（この場合、Ｌｏｗレベル）が出力され、要求精度が比較的高精度の制御（仕上げ加工工程での移動等）では、アクティブレベル（この場合、Ｈｉｇｈレベル）が出力される。

また、駆動ユニット５２は、更に、移動抵抗可変手段（この場合、油圧制御バルブ３２）に信号Ｄを出力するゲート５３に向けて信号Ｂを出力する。
例えば信号Ｃは、数値制御装置５１から入力された指令値（目標位置）と、位置検出手段４２から入力された検出信号（現在位置）との偏差（移動量）が所定移動量以下である場合、駆動トルクを大きくするためにアクティブレベル（この場合、Ｈｉｇｈレベル）が出力される。また例えば信号Ｃは、数値制御装置５１から入力された指令値（目標位置）と、位置検出手段４２から入力された検出信号（現在位置）との偏差に基づいて算出した移動速度が所定移動速度以下である場合、駆動トルクを大きくするためにアクティブレベル（この場合、Ｈｉｇｈレベル）が出力される。また信号Ｃは、移動量が所定移動量より大きい場合、あるいは移動速度が所定移動速度よりも大きい場合は、非アクティブレベル（この場合、Ｌｏｗレベル）が出力される。

また、油圧制御バルブ３２（移動抵抗可変手段）は、ゲート５３（この場合、ＡＮＤゲート）からの信号Ｄにてアクティブレベル（この場合、Ｈｉｇｈレベル）の入力があると、制動部材３１を抵抗用液体２２に浸かる位置に移動させて移動抵抗を増大させ、ゲート５３からの信号Ｄにて非アクティブレベル（この場合、Ｌｏｗレベル）の入力があると、制動部材３１を抵抗用液体２２に浸からない位置に移動させて移動抵抗が発生しないようにする。以上では移動抵抗を発生させるか否かの２値に制御する例を説明したが、制動部材３１が抵抗用液体２２に浸かる量を制御できるようにすれば（進退距離を任意に制御可能とすれば）、移動抵抗の大きさを任意の大きさに制御することができる。

●［旋回する移動テーブル１０の例（図４）］
以上の説明では、テーブル３０の移動方向が直線状である移動テーブル１０の例について説明したが、テーブル３０が旋回（回転）する移動テーブル１０においても、同様に構成することができる。
図４（Ａ）に示す例は、テーブル３０がテーブル回転軸３０Ｚ回りに旋回する移動テーブル１０の概略平面図を示しており、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図の例を示している。図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す移動テーブル１０に対して、テーブル３０が旋回することと、テーブル駆動手段が回転モータ４１であることと、液体保持タンク２１の形状が円弧状である点が異なるが、基台２０、抵抗用液体２２、制動部材３１、油圧制御バルブ３２等は図１（Ａ）及び（Ｂ）にて説明したものと同様であるので説明を省略する（なお、図４（Ａ）では油圧制御バルブ３２を省略している）。

以上、本実施の形態にて説明した移動テーブル１０は、テーブル３０と案内面とを接触させた摩擦抵抗を用いることなく移動抵抗を可変制御することができる。摩擦要素を用いると、摩擦力の急峻な変動により充分な安定性を得ることが困難であり、停止時の安定性をやや欠く傾向がある。しかし、本実施の形態にて説明した移動抵抗可変手段を用いれば、摩擦抵抗に比べて移動抵抗の変動が急峻でないため、停止時の安定性をより向上させることが可能であり、誤差を低減することができる。
また、本実施の形態にて説明した移動テーブル１０は、移動抵抗の変更を行っているにもかかわらず静圧案内３０Ｓへの作動油の供給を継続しているので、テーブル３０の姿勢に影響を与えず（作動油の供給と停止を行うと、油膜層の有無にて姿勢が僅かに変化する可能性がある）、より高精度な加工等を行うことができる。また、案内面とスライド面の接触がないので、摩耗も発生しない。
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示した直動軸の例、及び図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した回転軸の例では、移動抵抗の（より滑らかな）発生の有無を制御することで、精度及び安定性の向上と、高速移動（高速回転）とを両立させることができる。
また、本実施の形態の説明では、油圧を用いて制動部材３１を移動させる例を示したが、モータにて回転させて移動させるようにしてもよく、モータを用いた場合は更に細かく移動距離を制御することができるので、移動抵抗を任意の大きさに、且つより滑らかに発生及び変動させる制御が容易である。

本発明の移動テーブル１０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態にて説明した移動テーブル１０は、静圧案内を用いた例にて説明したが、静圧案内を用いていない移動テーブルに適用することも可能である。
また、本実施の形態にて説明した移動テーブル１０は、液体保持タンク２１を基台２０に設けて制動部材３１をテーブル３０に設けたが、液体保持タンク２１をテーブル３０に設けて制動部材３１を基台２０に設けることも可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

１０ 移動テーブル
２０ 基台
２１ 液体保持タンク
２２ 抵抗用液体
３０ テーブル
３０Ｓ 静圧案内
３０ＳＡ 案内油圧制御手段
３１ 制動部材
３２ 油圧制御バルブ
４０ リニアモータ
４１ 回転モータ
４２ 位置検出手段
５０ 制御手段
５１ 数値制御装置
５２ 駆動ユニット
５３ ゲート

Claims (7)

1. 基台と、
   前記基台に設けられた案内面と、
   前記案内面に沿う方向である案内方向に、移動可能あるいは旋回可能に構成されたテーブルと、
   前記テーブルを前記案内方向に移動あるいは旋回させるテーブル駆動手段と、を備えた移動テーブルにおいて、
   前記テーブルを移動あるいは旋回させる際に発生する抵抗である移動抵抗の大きさを、前記テーブルを前記案内面に接触させることなく変更可能な移動抵抗可変手段を備えている、
   移動テーブル。
2. 請求項１に記載の移動テーブルであって、
   前記移動抵抗可変手段は、
   前記案内方向に沿って前記基台または前記テーブルの一方に設けられている液体保持タンクと、
   前記液体保持タンク内に保持されている抵抗用液体と、
   前記液体保持タンクに対向するように前記基台または前記テーブルの他方に設けられているとともに前記液体保持タンク内の前記抵抗用液体に対して相対的に出し入れが可能な制動部材と、で構成されている、
   移動テーブル。
3. 請求項２に記載の移動テーブルであって、
   前記液体保持タンクにおける前記案内方向の長さは、
   前記移動テーブルの可動範囲内において位置決め精度が所定精度以上に設定されている前記案内方向の長さよりも長く、前記可動範囲内における前記案内方向の長さよりも短く設定されている、
   移動テーブル。
4. 請求項２または３に記載の移動テーブルであって、
   前記液体保持タンク内に保持されている抵抗用液体の液面の高さを調整可能な液面高調整手段が設けられて、前記抵抗用液体に対して前記制動部材が相対的に出し入れ可能となるように構成されている、
   あるいは、前記制動部材を前記保持タンクに向かって進退移動させる制動部材進退手段が設けられて、前記抵抗用液体に対して前記制動部材が相対的に出し入れ可能となるように構成されている、
   移動テーブル。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の移動テーブルであって、
   更に、前記テーブル駆動手段を制御するとともに前記液体保持タンク内の前記抵抗用液体に対する前記制動部材の相対的な出し入れを制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記テーブルの移動量または移動速度に応じて前記移動抵抗可変手段による移動抵抗の大きさを変更する、
   移動テーブル。
6. 請求項５に記載の移動テーブルであって、
   前記制御手段は、
   前記移動量が所定移動量以下である場合、または前記移動速度が所定移動速度以下である場合、
   前記移動量が所定移動量より大きい場合、または前記移動速度が所定移動速度より大きい場合、よりも移動抵抗が大きくなるように前記移動抵抗可変手段を制御する、
   移動テーブル。
7. 請求項２〜６のいずれか一項に記載の移動テーブルであって、
   前記制動部材は、油圧で前記抵抗用液体内に出し入れされるシリンダにて構成されている、
   移動テーブル。
   
   

Images