JP4538653B2

JP4538653B2 - Micro processing equipment

Info

Publication number: JP4538653B2
Application number: JP2005332935A
Authority: JP
Inventors: 隆志安東
Original assignee: Hyogo Prefectural Government
Current assignee: Hyogo Prefectural Government
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-11-17
Also published as: JP2007136600A

Description

本発明は、加工装置、特に、小径の切削工具を用いて微細な切削加工を行うマイクロ加工装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus, and more particularly to a micro processing apparatus that performs fine cutting using a cutting tool having a small diameter.

通常の工作機械には、ドリルやエンドミルなどの切削工具を保持させると共に、この切削工具を高速回転させる機構と、切削工具又は被加工物を精密に位置決めする機構とが備えられている。このような加工装置では、被加工物と接触する切削工具の先端位置を正確に位置決めし、切削工具と被加工物とを高剛性かつ精密に支持させることによって、精密な加工を実現している。 A normal machine tool includes a mechanism for holding a cutting tool such as a drill or an end mill and rotating the cutting tool at a high speed and a mechanism for precisely positioning the cutting tool or a workpiece. In such a processing apparatus, precise processing is realized by accurately positioning the tip position of the cutting tool in contact with the workpiece and supporting the cutting tool and the workpiece with high rigidity and precision. .

ここで、近年、加工装置に用いられる切削工具は小径化する傾向にあり、例えば、直径が０．１ｍｍ以下の切削工具が用いられるようになっている。このような切削工具を用いると、被加工物を加工する際に切削工具が折損されやすくなる。直径の小さい切削工具は、通常の切削工具に比べて高価なため、工具の折損が頻繁に起こると、加工者に経済的な負担を強いることになる。 Here, in recent years, cutting tools used in processing apparatuses tend to be reduced in diameter. For example, cutting tools having a diameter of 0.1 mm or less have been used. When such a cutting tool is used, the cutting tool is easily broken when the workpiece is processed. Since a cutting tool with a small diameter is more expensive than a normal cutting tool, if the tool breaks frequently, it imposes an economic burden on the operator.

そこで、切削工具にかかる力を検出するセンサを工作機械に取り付けて、所定の加工条件において発生する力をあらかじめ採取してデータベース化し、このデータに基づき良好な加工条件下で加工を行う手段（オフライン手段）が用いられる（特許文献１参照）。 Therefore, a sensor that detects the force applied to the cutting tool is attached to the machine tool, and the force generated under the predetermined processing conditions is collected in advance and stored in a database. Based on this data, means for processing under good processing conditions (offline Means) (see Patent Document 1).

また、切削工具の折損を予防するため、切削工具又は被加工物にかかる力を検出する装置が組み込まれた加工装置も提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。
特開平５−２７７８１７号公報特開２００１−３４１０１４号公報特開平１０−６１１３号公報 Moreover, in order to prevent breakage of the cutting tool, a processing apparatus in which a device for detecting a force applied to the cutting tool or the workpiece is incorporated has also been proposed (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
JP-A-5-277817 JP 2001-341014 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-6113

しかし、上記特許文献１の構成を採用した場合には、さまざまな種類の被加工物に対する加工データを測定しなければならず、かつ、良好な加工条件を見出すことが困難である。 However, when the configuration of Patent Document 1 is adopted, machining data for various types of workpieces must be measured, and it is difficult to find good machining conditions.

また、上記特許文献２又は３の構成を採用した場合には、切削工具又は被加工物に作用する力を検出しても、誤差が大きい。 Moreover, when the structure of the said patent document 2 or 3 is employ | adopted, even if the force which acts on a cutting tool or a workpiece is detected, an error is large.

したがって、従来の加工装置においては、切削工具の折損の防止が十分とはいえなかった。 Therefore, in the conventional processing apparatus, it cannot be said that prevention of breakage of the cutting tool is sufficient.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、切削工具の折損の防止が向上されたマイクロ加工装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a micro-machining apparatus with improved prevention of breakage of a cutting tool.

本件発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特許文献１のようなオフライン手段では、実際の加工現場における突発的な切削工具の折損に対応しきれないと考えた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has thought that the offline means as in Patent Document 1 cannot cope with sudden breakage of a cutting tool at an actual processing site.

また、本件発明者は、特許文献２又は３の構成では、切削工具又は被加工物に作用させることのできる力の自由度が制限されると共に、切削工具と被加工物との摺動部に発生する摩擦力によって、測定できる加工力の誤差が大きくなり、検出可能な力の精度に限界があることを突き止めた。 Further, in the configuration of Patent Document 2 or 3, the inventor limits the degree of freedom of the force that can be applied to the cutting tool or the workpiece, and the sliding portion between the cutting tool and the workpiece. The error of machining force that can be measured increases due to the generated frictional force, and the accuracy of the detectable force is limited.

そこで、本発明のマイクロ加工装置は、被加工物が置かれるステージと、工具を保持し、前記ステージに置かれた前記被加工物を該工具によって加工する加工ユニットと、弾性力を発生して前記ステージを支持し該弾性力を変化させて該ステージを移動させる移動装置と、前記ステージの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出される前記ステージの位置と前記ステージの目標位置とに基づき前記移動装置が発生する弾性力を変化させて前記ステージの位置をフィードバック制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加工による前記ステージの前記目標位置に対する前記検出される位置のずれである弾性変位に基づいて加工力を検出し、該検出した加工力に基づいて前記ステージの移動速度を制御することにより該加工力を制御しながら前記被加工物を加工する。 Therefore, the micromachining apparatus of the present invention generates an elastic force, a stage on which a workpiece is placed, a machining unit that holds the tool and works the workpiece placed on the stage with the tool, and A moving device for supporting the stage and moving the stage by changing the elastic force, a position detecting means for detecting the position of the stage, a position of the stage detected by the position detecting means, and a target of the stage And a control device that feedback- controls the position of the stage by changing an elastic force generated by the moving device based on the position, and the control device detects the position of the stage by the processing with respect to the target position. based on the deviation and is elastically displaced position to detect the working force, by controlling the moving speed of the stage on the basis of a machining force the detected While controlling the working force to process the workpiece.

このような構成とすると、被加工物を加工する過程におけるオンライン手段によって、工具と被加工物との位置関係を制御することができる。よって、被加工物に対する工具の加工力を制御することができるようになるため、工具の折損が防止される。 With such a configuration, the positional relationship between the tool and the workpiece can be controlled by online means in the process of machining the workpiece. Therefore, since the processing force of the tool with respect to the workpiece can be controlled, breakage of the tool is prevented.

また、ステージの移動装置として弾性的に支持するものを用いることにより、工具と被加工物との摺動部に発生する摩擦力が小さくなる。よって、被加工物に対する工具の加工力を正確に測定できるようになるため、加工力の制御を精密に行えるようになる。このようにして、さらに工具の折損が防止される。 Further, by using an elastically supporting device for moving the stage, the frictional force generated at the sliding portion between the tool and the workpiece is reduced. Therefore, since the machining force of the tool with respect to the workpiece can be accurately measured, the machining force can be precisely controlled. In this way, breakage of the tool is further prevented.

前記制御装置は、前記加工力に応じて前記ステージの前記目標位置を修正することにより、前記弾性変位を制御して前記加工力を制御してもよい。 Wherein the control device, by correcting the target position of the stage in response to said working force may control the working force by controlling the elastic displacement.

前記制御装置は、前記加工力に比例した前記ステージの変位を求め、該求めた変位を積分してこれを位置補正量として蓄積し、前記変位と前記位置補正量との差を０にするよう前記ステージの位置を制御してもよい。 The control device obtains a displacement of the stage proportional to the machining force, integrates the obtained displacement and accumulates it as a position correction amount, and sets a difference between the displacement and the position correction amount to zero. The position of the stage may be controlled.

本発明のマイクロ加工装置は、上述のような構成を有しており、工具の折損が防止されるという効果を奏する。 The micromachining apparatus of the present invention has the above-described configuration, and has an effect of preventing tool breakage.

以下、本発明の実施形態を、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実施形態に係るマイクロ加工装置の構成を示す概略図である。図２は図１のマイクロ加工装置における変位センサの配列を示す平面図である。図３は、図１のマイクロ加工装置におけるアクチュエータの配列を示す平面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a micromachining apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of displacement sensors in the micromachining apparatus of FIG. FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of the actuators in the micromachining apparatus of FIG.

図１乃至図３に示すように、本実施形態のマイクロ加工装置は、その中心軸を中心に回転して切削する切削工具１を同軸状に保持する主軸（加工ユニット）２と、該主軸２を取り付ける主軸回転装置（加工ユニット）３と、前記切削工具１により加工される被加工物４を搭載するステージ６と、該ステージ６の位置を検出するための変位センサ１３乃至１８と、これらの変位センサ１３乃至１８によって得られたデータに基づき前記ステージ６を移動させる移動装置（アクチュエータ）１９乃至２４と、該アクチュエータ１９乃至２４を制御する制御装置２５とを備えている。本実施形態では、後述するアクチュエータ及び変位センサの配置を特定する基準とするために、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる直交座標系（以下、基準直交座標系という）が想定されている。基準直交座標系は、Ｚ軸が鉛直方向を向くように想定されている。なお、基準直交座標系の原点のＺ軸方向における位置は、特定する必要がないので、想定されていない。以下では、基準直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を、それぞれ、単に、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と呼ぶ場合がある。 As shown in FIGS. 1 to 3, the micro-machining apparatus of the present embodiment includes a spindle (processing unit) 2 that holds a cutting tool 1 that rotates around its central axis in a coaxial manner, and the main spindle 2. A spindle rotating device (processing unit) 3 for attaching the workpiece, a stage 6 on which a workpiece 4 to be processed by the cutting tool 1 is mounted, displacement sensors 13 to 18 for detecting the position of the stage 6, and these Moving devices (actuators) 19 to 24 for moving the stage 6 based on data obtained by the displacement sensors 13 to 18 and a control device 25 for controlling the actuators 19 to 24 are provided. In the present embodiment, an orthogonal coordinate system (hereinafter referred to as a reference orthogonal coordinate system) composed of an X axis, a Y axis, and a Z axis is assumed to be a reference for specifying the arrangement of actuators and displacement sensors described later. . The reference orthogonal coordinate system is assumed such that the Z-axis is oriented in the vertical direction. Note that the position of the origin of the reference orthogonal coordinate system in the Z-axis direction need not be specified and is not assumed. Hereinafter, the X axis, the Y axis, and the Z axis of the reference orthogonal coordinate system may be simply referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis, respectively.

切削工具１は、主軸２に差し込まれた後、保持手段（図示せず）を用いて主軸２に保持されている。本実施形態のマイクロ加工装置においては、切削工具１として直径が０．１ｍｍのドリルを用いる。ここで、切削工具１としては、直径が２０μｍ〜１ｍｍの範囲のものを用いることが好ましい。また、本実施形態のマイクロ加工装置においては、切削工具１としてドリルを用いたが、その他の切削工具、例えば、ミリング工具などを用いることができる。さらに、本実施形態のマイクロ加工装置においては、切削工具１を用いたが、切削以外のその他の加工を行うことのできる工具を用いることもできる。 After the cutting tool 1 is inserted into the main shaft 2, it is held on the main shaft 2 using a holding means (not shown). In the micromachining apparatus of the present embodiment, a drill having a diameter of 0.1 mm is used as the cutting tool 1. Here, it is preferable to use the cutting tool 1 having a diameter in the range of 20 μm to 1 mm. Moreover, in the micro processing apparatus of this embodiment, although the drill was used as the cutting tool 1, other cutting tools, for example, a milling tool etc., can be used. Furthermore, in the micro machining apparatus of the present embodiment, the cutting tool 1 is used, but a tool capable of performing other machining than cutting can also be used.

主軸２は、保持手段（図示せず）を用いて主軸回転装置３に取り付けられている。ここで、主軸２及び主軸回転装置３は、その回転軸がＺ軸に一致するように配設されている。そして、主軸回転装置３を回転させることによって、主軸２ひいては主軸２に保持された切削工具１が回転される。この切削工具１の回転により被加工物４が加工される。 The main shaft 2 is attached to the main shaft rotating device 3 using holding means (not shown). Here, the main shaft 2 and the main shaft rotating device 3 are arranged such that the rotating shaft thereof coincides with the Z axis. Then, by rotating the main spindle rotating device 3, the main spindle 2 and thus the cutting tool 1 held on the main spindle 2 is rotated. The workpiece 4 is processed by the rotation of the cutting tool 1.

ステージ６は、被加工物４を固定する固定治具５を備えている。固定治具５は、保持手段（図示せず）を用いてステージ６に取り付けられている。ステージ６は、図１乃至図３に示すように、平面視において正方形をなす板状に形成されている。ステージ６は、鉄などの磁気的性質を有する材料を含んで構成されている。ここで、ステージ６には、磁気的性質を有する材料であれば、他の材料を含ませることもできる。ステージ６は、後述するアクチュエータによって瞬時に位置決めすることができるように、その重さを０．０５ｋｇ以上０．２ｋｇ以下の範囲にすることが好ましい。なお、ステージ６の形状は上記正方形状に限定されるものではなく、他の形状、例えば、長方形状、三角形状などに形成されていてもよい。 The stage 6 includes a fixing jig 5 that fixes the workpiece 4. The fixing jig 5 is attached to the stage 6 using a holding means (not shown). As shown in FIGS. 1 to 3, the stage 6 is formed in a plate shape having a square shape in plan view. The stage 6 includes a material having magnetic properties such as iron. Here, the stage 6 may include other materials as long as the material has magnetic properties. The stage 6 preferably has a weight in the range of 0.05 kg or more and 0.2 kg or less so that the stage 6 can be instantaneously positioned by an actuator described later. The shape of the stage 6 is not limited to the above-described square shape, and may be formed in other shapes, for example, a rectangular shape or a triangular shape.

ステージ６の側面には、図２に示すように、第一位置検出片７と、第二位置検出片８と、第三位置検出片９とが配設されている。これらの位置検出片は、ステージ６と同じ材質、すなわち、鉄などの磁気的性質を有する材料を含んで構成される。ただし、後述するような他の変位センサを用いる場合には、各位置検出片は、磁気的性質を有する材料を含んで構成されなくてもよい場合がある。 As shown in FIG. 2, a first position detection piece 7, a second position detection piece 8, and a third position detection piece 9 are disposed on the side surface of the stage 6. These position detection pieces are configured to include the same material as the stage 6, that is, a material having magnetic properties such as iron. However, when using other displacement sensors as described later, each position detection piece may not be configured to include a material having magnetic properties.

変位センサは、第一変位センサ１３と、第二変位センサ１４と、第三変位センサ１５と、第四変位センサ１６と、第五変位センサ１７と、第六変位センサ１８とから構成される。これらの変位センサは、図２に示すように、その全体で、ステージ６の水平方向の位置と、高さ方向の位置とを検出できるように配設されている。これらの変位センサは、非接触式の渦電流式変位センサで構成される。ここで、本発明のマイクロ加工装置においては、非接触式の変位センサであれば他の変位センサを用いることができ、例えば、レーザー式変位センサ、静電式変位センサなどを用いることができる。 The displacement sensor includes a first displacement sensor 13, a second displacement sensor 14, a third displacement sensor 15, a fourth displacement sensor 16, a fifth displacement sensor 17, and a sixth displacement sensor 18. As shown in FIG. 2, these displacement sensors are arranged so that the position of the stage 6 in the horizontal direction and the position in the height direction can be detected as a whole. These displacement sensors are constituted by non-contact eddy current displacement sensors. Here, in the micromachining apparatus of the present invention, other displacement sensors can be used as long as they are non-contact type displacement sensors. For example, a laser displacement sensor, an electrostatic displacement sensor, or the like can be used.

第一変位センサ１３と、第二変位センサ１４と、第三変位センサ１５とが、ステージ６と所定の間隔をとってステージ６の下方に配設されている。第一変位センサ１３と、第二変位センサ１４と、第三変位センサ１５とは、ステージ６に対向するようにして配設されている。第一変位センサ１３は、平面視において該変位センサ１３におけるＹ軸に対して平行な中心線Ｓ_１とＹ軸との距離がａ_ｓとなるように配設されている。第二変位センサ１４及び第三変位センサ１５は、平面視において各変位センサにおけるＸ軸に対して平行な中心線Ｓ_２、Ｓ_３とＸ軸との距離がｃ_ｓとなるように配設されている。また、第二変位センサ１４及び第三変位センサ１５は、平面視において各変位センサにおけるＹ軸に対して平行な中心線Ｓ_２３とＹ軸との距離がｂ_ｓとなるように配設されている。 The first displacement sensor 13, the second displacement sensor 14, and the third displacement sensor 15 are disposed below the stage 6 with a predetermined distance from the stage 6. The first displacement sensor 13, the second displacement sensor 14, and the third displacement sensor 15 are disposed so as to face the stage 6. The first displacement sensor 13, the distance between the parallel center lines S ₁ and Y axis with respect to the Y-axis in the displacement sensor 13 is arranged such that a _s in the plan view. The second displacement sensor 14 and the third displacement sensor 15 are arranged such that the distance between the center lines S ₂ and S ₃ parallel to the X axis in each displacement sensor and the X axis in the plan view is c _s. ing. The second displacement sensor 14 and the third displacement sensor 15 is arranged such that the distance between the parallel center line S ₂₃ and Y-axis with respect to the Y axis in each displacement sensor in a plan view is b _s Yes.

そして、第一変位センサ１３と、第二変位センサ１４と、第三変位センサ１５とによって、ステージ６の高さ方向の変位が検出される。これらの変位センサにより検出されたステージ６の変位から、ステージ６の高さ方向の位置が測定される。そして、このようにして測定されたステージ６の高さ方向の位置データが、後述する制御装置２５に入力される。 Then, the first displacement sensor 13, the second displacement sensor 14, and the third displacement sensor 15 detect the displacement of the stage 6 in the height direction. From the displacement of the stage 6 detected by these displacement sensors, the position of the stage 6 in the height direction is measured. Then, the position data in the height direction of the stage 6 measured in this way is input to the control device 25 described later.

一方、第四変位センサ１６は、ステージ６の側面と所定の間隔をとり、かつ、位置検出片７に対向するように配設されている。第五変位センサ１７は、ステージ６の側面と所定の間隔をとり、かつ、位置検出片８に対向するように配設されている。第四変位センサ１６及び第五変位センサ１７は、各変位センサの中心線Ｓ_４、Ｓ_５がＸ軸に対して平行になるように配設されている。第四変位センサ１６及び第五変位センサ１７は、平面視において各変位センサの中心線Ｓ_４、Ｓ_５とＸ軸との距離がｌ_ｓとなるように配設されている。 On the other hand, the fourth displacement sensor 16 is disposed at a predetermined distance from the side surface of the stage 6 and opposed to the position detection piece 7. The fifth displacement sensor 17 is disposed so as to be spaced from the side surface of the stage 6 and to face the position detection piece 8. The fourth displacement sensor 16 and the fifth displacement sensor 17 are arranged so that the center lines S ₄ and S _{5 of} each displacement sensor are parallel to the X axis. The fourth displacement sensor 16 and the fifth displacement sensor 17 are arranged so that the distance between the center lines S ₄ and S ₅ of each displacement sensor and the X axis is 1 _s in plan view.

第六変位センサ１８は、ステージ６の側面と所定の間隔をとり、かつ、位置検出片９に対向するように配設されている。第六変位センサ１８は、該変位センサ１８の中心線Ｓ_６がＹ軸に対して平行になるように配設されている。第六変位センサ１８は、平面視において該変位センサ１８の中心線Ｓ_６とＹ軸との距離がｌ_ｓとなるように配設されている。 The sixth displacement sensor 18 is disposed at a predetermined distance from the side surface of the stage 6 and opposed to the position detection piece 9. Sixth displacement sensor 18 has a center line S ₆ of the displacement sensor 18 is arranged so as to be parallel to the Y axis. Sixth displacement sensor 18, the distance between the center line S ₆ and Y-axis of the displacement sensor 18 is arranged such that l _s in the plan view.

そして、第四変位センサ１６によって、前記第一位置検出片７の変位が検出される。また、第五変位センサ１７によって、前記第二位置検出片８の変位が検出される。さらに、第六変位センサ１８によって、前記第三位置検出片９の変位が検出される。これらの変位センサにより検出された位置検出片の変位から、ステージ６の水平方向の位置が測定される。そして、このようにして測定されたステージ６の水平方向の位置データが、後述する制御装置２５に入力される。 The displacement of the first position detection piece 7 is detected by the fourth displacement sensor 16. Further, the fifth displacement sensor 17 detects the displacement of the second position detection piece 8. Further, the displacement of the third position detection piece 9 is detected by the sixth displacement sensor 18. The position of the stage 6 in the horizontal direction is measured from the displacement of the position detection piece detected by these displacement sensors. Then, the horizontal position data of the stage 6 measured in this way is input to the control device 25 described later.

本実施形態のマイクロ加工装置においては、各変位センサの分解能は、０．５μｍに設定している。ここで、各変位センサの分解能は、０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。 In the micromachining apparatus of this embodiment, the resolution of each displacement sensor is set to 0.5 μm. Here, the resolution of each displacement sensor is preferably set in the range of 0.1 μm to 0.5 μm.

アクチュエータ１９乃至２４は、図３に示すように、第一電磁石１９と、第二電磁石２０と、第三電磁石２１と、第四電磁石２２と、第五電磁石２３と、第六電磁石２４とから構成される。 As shown in FIG. 3, the actuators 19 to 24 include a first electromagnet 19, a second electromagnet 20, a third electromagnet 21, a fourth electromagnet 22, a fifth electromagnet 23, and a sixth electromagnet 24. Is done.

ステージ６の上方には、第一電磁石１９と、第二電磁石２０と、第三電磁石２１との三つの電磁石が、ステージ６と所定の間隔をあけて配設されている。第一電磁石１９は、第一変位センサ１３とステージ６を挟んで対向するように配設されている。第二電磁石２０は、第二変位センサ１４とステージ６を挟んで対向するように配設されている。第三電磁石２１は、第三変位センサ１５とステージ６を挟んで対向するように配設されている。第一電磁石１９は、該電磁石の中心線Ｍ_１がＹ軸に対して平行になるように配設されている。第一電磁石１９は、平面視において該電磁石の中心線Ｍ_１とＹ軸との距離がａ_Ｍとなるように配設されている。また、第二電磁石２０と第三電磁石２１とは、それぞれの電磁石の中心線Ｍ_２、Ｍ_３とがＸ軸方向に対して平行になるように配設されている。第二電磁石２０と第三電磁石２１とは、平面視においてそれらの中心線Ｍ_２、Ｍ_３からＸ軸までの距離がｃ_Ｍとなるように配設されている。また、第二電磁石２０と第三電磁石２１とは、平面視において各電磁石の中心線Ｍ_２、Ｍ_３に垂直な中心線Ｍ_２３からＹ軸までの距離がｂ_Ｍとなるように配設されている。第一電磁石１９と、第二電磁石２０と、第三電磁石２１とは、ステージ６に対してＺ軸方向（図４参照）に沿った電磁力を作用させる。 Above the stage 6, three electromagnets, a first electromagnet 19, a second electromagnet 20, and a third electromagnet 21, are arranged at a predetermined interval from the stage 6. The first electromagnet 19 is disposed so as to face the first displacement sensor 13 with the stage 6 interposed therebetween. The second electromagnet 20 is disposed so as to face the second displacement sensor 14 with the stage 6 interposed therebetween. The third electromagnet 21 is disposed so as to face the third displacement sensor 15 with the stage 6 interposed therebetween. The first electromagnet 19, the center line M ₁ of the electromagnet are disposed so as to be parallel to the Y axis. The first electromagnet 19, the distance between the center line M ₁ and the Y-axis of the electromagnet is arranged such that a _M in plan view. Further, the second electromagnet 20 and the third electromagnet 21 are arranged so that the center lines M ₂ and M ₃ of the respective electromagnets are parallel to the X-axis direction. The second electromagnet 20 and the third electromagnet 21 are arranged such that the distance from the center lines M ₂ and M ₃ to the X axis is c _M in plan view. Further, the second electromagnet 20 and the third electromagnet 21 is disposed such that the distance from the center line M _2, M ₃ to the vertical center line M ₂₃ of each electromagnet in the plan view to the Y-axis is b _M ing. The first electromagnet 19, the second electromagnet 20, and the third electromagnet 21 apply an electromagnetic force along the Z-axis direction (see FIG. 4) to the stage 6.

また、第四電磁石２２と、第五電磁石２３と、第六電磁石２４との３組の電磁石は、ステージ６の側面に対して所定の間隔をあけて配設されている。第四電磁石２２と、第五電磁石２３と、第六電磁石２４とは、２個の電磁石が１組となって構成される。第四電磁石２２と第五電磁石２３とは、図３に示すように、一組の電磁石の中心線Ｍ_４、Ｍ_５とがＸ軸に対して平行になるように配設されている。また、第四電磁石２２と第五電磁石２３とは、それらの一組の電磁石の中心線Ｍ_４、Ｍ_５とがＸ軸に対して対称をなし、平面視においてそれらの中心線Ｍ_４、Ｍ_５からＸ軸までの距離がｌ_Ｍとなるように配設されている。第四電磁石２２と第五電磁石２３とは、ステージ６に対してＸ軸方向に沿った電磁力を作用させる。 In addition, three sets of electromagnets of the fourth electromagnet 22, the fifth electromagnet 23, and the sixth electromagnet 24 are arranged at a predetermined interval with respect to the side surface of the stage 6. The fourth electromagnet 22, the fifth electromagnet 23, and the sixth electromagnet 24 are configured by two electromagnets as one set. As shown in FIG. 3, the fourth electromagnet 22 and the fifth electromagnet 23 are arranged so that the center lines M ₄ and M _{5 of} a pair of electromagnets are parallel to the X axis. Further, a fourth electromagnet 22 and the fifth magnet 23, the center line M thereof a pair of electromagnets _4, M ₅ and is symmetrical with respect to the X axis, their center line M ₄ in a plan _view, M The distance from ₅ to the X-axis is 1 _M. The fourth electromagnet 22 and the fifth electromagnet 23 apply an electromagnetic force along the X-axis direction to the stage 6.

第六電磁石２４は、その一組の電磁石の中心線Ｍ_６がＹ軸に対して平行になるように配設されている。また、第六電磁石２４は、平面視においてその一組の電磁石の中心線Ｍ_６とＹ軸との距離がｌ_Ｍとなるように配設されている。第六電磁石２４は、ステージ６に対してＹ軸方向に沿った電磁力を作用させる。 Sixth electromagnet 24 has a center line M ₆ of the pair of electromagnets is disposed so as to be parallel to the Y axis. Further, the sixth electromagnet 24, the distance between the center line M ₆ and the Y-axis of the pair of the electromagnets in a plan view is disposed such that l _M. The sixth electromagnet 24 applies an electromagnetic force along the Y-axis direction to the stage 6.

そして、上記各電磁石に電力が供給されると、それぞれの電磁石に電磁力が発生する。この電磁力が吸引力となって、磁性体で構成されるステージ６を移動させる。そして、各電磁石に供給する電力を調整して、電磁力すなわち吸引力の強弱をつけることにより、ステージ６の位置決めを行うことができる。 When electric power is supplied to each electromagnet, electromagnetic force is generated in each electromagnet. This electromagnetic force becomes an attractive force to move the stage 6 made of a magnetic material. Then, the stage 6 can be positioned by adjusting the electric power supplied to each electromagnet to increase or decrease the electromagnetic force, that is, the attractive force.

なお、本件発明者は、上記に示したステージ６の位置決め機構としてステージ６の位置決め装置を発明しているので、詳しくは当該発明が記載された特許公報第３４５２３０５号を参照されたい。 Since the inventor of the present invention has invented a positioning device for the stage 6 as the above-described positioning mechanism for the stage 6, refer to Japanese Patent Publication No. 3452305 in which the invention is described in detail.

ここで、本実施形態のマイクロ加工装置においては、アクチュエータ１９乃至２４として電磁石を用いたが、その他のアクチュエータ、例えばピエゾ素子などを用いることができる。また、本実施形態においては、アクチュエータがステージ６に及ぼす弾性力を２０Ｎ／ｍに設定しているが、１０Ｎ／ｍ以上１００Ｎ／ｍ以下の範囲に設定することが好ましい。 Here, in the micromachining apparatus of the present embodiment, electromagnets are used as the actuators 19 to 24, but other actuators such as piezo elements can be used. In the present embodiment, the elastic force exerted by the actuator on the stage 6 is set to 20 N / m, but it is preferable to set the elastic force in the range of 10 N / m to 100 N / m.

制御装置２５には記憶媒体２６とＣＰＵ２７とが組み込まれている。制御装置２５には、あらかじめ、切削工具１の送り速度、ステージ６の目標とする位置情報、被加工物に対する切削工具１の加工力の制限値などが入力され、これらがＣＰＵ２７を介して記憶媒体２６に記憶されている。ＣＰＵ２７は、以下に述べる制御装置２５における演算、データ処理、制御等の機能を実現する。 A storage medium 26 and a CPU 27 are incorporated in the control device 25. The control device 25 is inputted in advance with the feed speed of the cutting tool 1, target position information of the stage 6, the limit value of the processing force of the cutting tool 1 on the workpiece, and these are stored via the CPU 27 as a storage medium. 26. The CPU 27 realizes functions such as calculation, data processing, and control in the control device 25 described below.

そして、図１に示すように、制御装置２５は、変位センサ１３乃至１８により取得された位置情報を入力信号ｙとし、アクチュエータ１９乃至２４の制御情報を出力信号ｖとするフィードバック制御を実施する。本実施形態のマイクロ加工装置においては、応答時間（周期）が０．２５ｍｓｅｃ（周波数４ｋＨｚ）でフィードバック制御を行っている。ここで、応答時間は０．１ｍｓｅｃ〜１ｍｓｅｃの範囲にすることが好ましい。このフィードバック制御に基づき、ステージ６はアクチュエータ１９乃至２４によって弾性支持され、適切な位置に位置決めされる。
［適用例］
以下、上記第１実施形態のマイクロ加工装置の適用例について説明する。 As shown in FIG. 1, the control device 25 performs feedback control using the position information acquired by the displacement sensors 13 to 18 as the input signal y and the control information of the actuators 19 to 24 as the output signal v. In the micro machining apparatus of the present embodiment, feedback control is performed with a response time (cycle) of 0.25 msec (frequency 4 kHz). Here, the response time is preferably in the range of 0.1 msec to 1 msec. Based on this feedback control, the stage 6 is elastically supported by the actuators 19 to 24 and positioned at an appropriate position.
[Application example]
Hereinafter, application examples of the micromachining apparatus of the first embodiment will be described.

ステージ６の位置は、前述のとおり、変位センサによって検出された位置検出片とステージとの変位によって測定される。そして、変位センサによって検出された出力ベクトル（変位センサ出力ベクトル）を、ｙ＝（ｙ_１ｙ_２ｙ_３ｙ_４ｙ_５ｙ_６）とおく。ここで、ｙ_１、ｙ_２、ｙ_３は、ステージ６の下方（Ｚ軸方向）に配設された変位センサの出力信号であり、ｙ_１は第一変位センサ１３の出力信号、ｙ_２は第二変位センサ１４の出力信号、ｙ_３は第三変位センサ１５の出力信号である。一方、ｙ_４、ｙ_５は、ステージ６の側方（Ｘ軸方向）に配設された変位センサの出力信号であり、ｙ_４は第四変位センサ１６の出力信号、ｙ_５は第五変位センサ１７の出力信号である。また、ｙ_６はステージ６の側方（Ｙ軸方向）に配設された第六変位センサ１８の出力信号である。 As described above, the position of the stage 6 is measured by the displacement between the position detection piece detected by the displacement sensor and the stage. Then, an output vector (displacement sensor output vector) detected by the displacement sensor is set as y = (y ₁ y ₂ y ₃ y ₄ y ₅ y ₆ ). Here, y ₁ , y ₂ , and y ₃ are output signals of a displacement sensor disposed below the stage 6 (Z-axis direction), y ₁ is an output signal of the first displacement sensor 13, and y ₂ is The output signal of the second displacement sensor 14, y ₃ is the output signal of the third displacement sensor 15. On the other hand, y ₄ and y ₅ are output signals of the displacement sensor disposed on the side of the stage 6 (X-axis direction), y ₄ is an output signal of the fourth displacement sensor 16, and y ₅ is the fifth displacement. This is an output signal of the sensor 17. Further, y ₆ is an output signal of the sixth displacement sensor 18 disposed on the side of the stage 6 (Y-axis direction).

また、ステージ６の直交座標系における位置ベクトルを、ｘ＝（x y z θ_ｘ θ_ｙ θ_ｚ）とする。ここで、xはＸ軸方向の変位、yはＹ軸方向の変位、zはＺ軸方向の変位、θ_ｘはＸ軸まわりの回転変位、θ_ｙはＹ軸まわりの回転変位、θ_ｚはＺ軸まわりの回転変位である。 Further, the position vector of the stage 6 in the orthogonal coordinate system is x = (xyz θ _x θ _y θ _z ). Here, x is a displacement in the X-axis direction, y is a displacement in the Y-axis direction, z is a displacement in the Z-axis direction, θ _x is a rotational displacement around the X axis, θ _y is a rotational displacement around the Y axis, and θ _z is This is the rotational displacement around the Z axis.

ここで、変位センサ出力ベクトルｙは、直交座標系における位置ベクトルｘと必ずしも一致するわけではない。変位センサ出力ベクトルｙが直交座標系における位置ベクトルｘと一致しない場合には、変位センサ出力ベクトルｙを直交座標系における位置ベクトルｘに変換する必要がある。そこで、座標変換行列Ｔを用いて、変位センサ出力ベクトルｙを直交座標系における位置ベクトルｘに変換すると、以下の式（１）のように表わされる。
[数１]
ｘ＝Ｔｙ（１） Here, the displacement sensor output vector y does not necessarily match the position vector x in the orthogonal coordinate system. When the displacement sensor output vector y does not coincide with the position vector x in the orthogonal coordinate system, it is necessary to convert the displacement sensor output vector y into the position vector x in the orthogonal coordinate system. Therefore, when the displacement sensor output vector y is converted into the position vector x in the orthogonal coordinate system using the coordinate conversion matrix T, the following expression (1) is obtained.
[Equation 1]
x = Ty (1)

ここで、変位センサ座標系から直交座標系への変換行列Ｔは、以下に示すように、マイクロ加工装置における変位センサの配置から計算される。 Here, the transformation matrix T from the displacement sensor coordinate system to the orthogonal coordinate system is calculated from the arrangement of the displacement sensors in the micromachining apparatus, as shown below.

まず、Ｘ軸方向の変位x、Y軸方向の変位y、Ｚ軸方向への変位zは、以下の式（２）で表わされる。
[数２]
x＝（ｙ_４＋ｙ_５）／２
y＝（ｙ_４−ｙ_５）／２＋ｙ_６
z＝（ｙ_１＋ｙ_２＋ｙ_３）／３（２） First, the displacement x in the X-axis direction, the displacement y in the Y-axis direction, and the displacement z in the Z-axis direction are expressed by the following formula (2).
[Equation 2]
x = (y ₄ + y ₅ ) / 2
y = (y ₄ −y ₅ ) / 2 + y ₆
z = (y ₁ + y ₂ + y ₃ ) / 3 (2)

一方、ｘ軸まわりの回転変位θ_ｘ、Ｙ軸まわりの回転変位θ_ｙ、Ｚ軸まわりの回転変位θ_ｚは、以下の式（３）のように表わされる。
[数３]
θ_ｘ＝−（ｙ_２−ｙ_３）／２ｃ_Ｓ
θ_ｙ＝（（ｙ_２＋ｙ_３）／２−ｙ_１）／（ａ_Ｓ＋ｂ_Ｓ）
θ_ｚ＝（−ｙ_４＋ｙ_５）／２ｌ_Ｓ（３） On the other hand, the rotational displacement θ _x around the x-axis, the rotational displacement θ _y around the Y-axis, and the rotational displacement θ _z around the Z-axis are expressed by the following equation (3).
[Equation 3]
θ _x = − (y ₂ −y ₃ ) / 2c _S
θ _y = ((y ₂ + y ₃ ) / 2−y ₁ ) / (a _S + b _S )
θ _z = (− y ₄ + y ₅ ) / 2l _S (3)

そして、変換行列Ｔは、式（２）及び式（３）を用いて、以下の式（４）で示される。
[数４]

And the transformation matrix T is shown by the following formula | equation (4) using Formula (2) and Formula (3).
[Equation 4]

制御装置２５は、変位センサによる出力ベクトルｙを入力信号とし、出力ベクトルｙとステージ６を目標位置に静止させる指示位置ベクトルｕ＝（u_１ u_２ u_３ u_４ u_５ u_６）との差（誤差変位ベクトル）に比例した弾性力Ｆ_ｓを発生させるよう制御信号ｖを出力する。ここで、弾性力Ｆ_ｓは、アクチュエータ１９乃至２４がステージ６を支持するために必要な弾性力である。 The control device 25 uses the output vector y from the displacement sensor as an input signal, and the difference between the output vector y and the designated position vector u = (u ₁ u ₂ u ₃ u ₄ u ₅ u ₆ ) that stops the stage 6 at the target position. A control signal v is output so as to generate an elastic force F _s proportional to (error displacement vector). Here, the elastic force F _s, which is an elastic force required for the actuator 19 to 24 to support the stage 6.

ステージ６の弾性支持特性を表す弾性行列をＫとすると、弾性力Ｆ_ｓは以下の式（５）で表わされる。
[数５]

Ｆ_ｓ＝−Ｋ（ｙ−ｕ）（５）
If the elastic matrix representing the elastic support characteristic of the stage 6 is K, the elastic force F _s is expressed by the following equation (5).
[Equation 5]

F _s = −K (yu) (5)

しかし、弾性力Ｆ_ｓは、直交座標系における加工力とモーメントとを要素とするベクトルとして表現されているわけではない。そこで、以下の式（６）に示すように、変換行列Ｌを用いて弾性力Ｆ_ｓを直交座標系における加工力とモーメントとを要素とする弾性力ベクトルＦ_ｃに変換する。
[数６]

Ｆ_ｃ＝ＬＦ_ｓ（６） However, the elastic force F _s is not expressed as a vector having the processing force and moment in the orthogonal coordinate system as elements. Therefore, as shown in the following equation (6), the elastic force F _s is converted into an elastic force vector F _c having the processing force and moment in the orthogonal coordinate system as elements using a conversion matrix L.
[Equation 6]

F _c = LF _s (6)

ここで、変換行列Ｌは、上記マイクロ加工装置におけるアクチュエータ（電磁石）１９乃至２４の配置から計算される。 Here, the transformation matrix L is calculated from the arrangement of the actuators (electromagnets) 19 to 24 in the micromachining apparatus.

電磁石１９乃至２４が発する力を、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４、ｆ_５、ｆ_６とする。ここで、ｆ_１、ｆ_２、ｆ_３は、ステージ６の上方（Ｚ軸方向）に配設された電磁石が発する電磁力であり、ｆ_１は第一電磁石１９が発する電磁力、ｆ_２は第二電磁石２０が発する電磁力、ｆ_３は第三電磁石２１が発する電磁力である。一方、ｆ_４、ｆ_５は、ステージ６の側方（Ｘ軸方向）に配設された電磁石が発する電磁力であり、ｆ_４は第四電磁石２２の発する電磁力、ｆ_５は第五電磁石２３が発する電磁力である。また、ｆ_６は、ステージ６の側方（Ｙ軸方向）に配設された第六電磁石２４が発する電磁力である。 The force the electromagnet 19 to the 24 _{_{_{_{emitted, f 1, f 2, f}}}} 3, f 4, f 5, and _{f 6.} Here, f ₁ , f ₂ , and f ₃ are electromagnetic forces generated by the electromagnet disposed above the stage 6 (Z-axis direction), f ₁ is an electromagnetic force generated by the first electromagnet 19, and f ₂ is electromagnetic force which the second electromagnet 20 is emitted, f ₃ is the electromagnetic force the third electromagnet 21 is emitted. On the other hand, f ₄ and f ₅ are electromagnetic forces generated by the electromagnets disposed on the side of the stage 6 (X-axis direction), f ₄ is an electromagnetic force generated by the fourth electromagnet 22, and f ₅ is a fifth electromagnet. This is an electromagnetic force generated by 23. Further, f ₆ is an electromagnetic force sixth electromagnets 24 disposed on the side of the stage 6 (Y axis direction) emitted.

まず、Ｘ軸方向への加工力ｆ_ｘ、Ｙ軸方向への加工力ｆ_ｙ、Ｚ軸方向への加工力ｆ_ｚと、ｆ_１乃至ｆ_６との関係は、以下の式（７）のように表わされる。
[数７]

ｆ_ｘ＝ｆ_４＋ｆ_５
ｆ_ｙ＝ｆ_６
ｆ_ｚ＝ｆ_１＋ｆ_２＋ｆ_３（７） First, the working force _f x in the X-axis direction, working force _f y in the Y-axis direction, and the working force _{f z} of the Z-axis direction, the relationship between _{f 1} to _{f 6,} the following formula (7) It is expressed as follows.
[Equation 7]

f _x = f ₄ + f ₅
f _y = f ₆
f _z = f ₁ + f ₂ + f ₃ (7)

一方、Ｘ軸まわりのモーメントｑ_ｘ、Ｙ軸まわりのモーメントｑ_ｙ、Ｚ軸まわりのモーメントｑ_ｚと、ｆ_１乃至ｆ_６との関係は、以下の式（８）のように表わされる。
[数８]
ｑ_ｘ＝−ｆ_２ｃ_Ｍ＋ｆ_３ｃ_Ｍ
ｑ_ｙ＝（ｆ_２＋ｆ_３）ｂ_Ｍ−ｆ_１ａ_Ｍ
ｑ_ｚ＝−ｆ_４ｌ_Ｍ＋ｆ_５ｌ_Ｍ−ｆ_６ｌ_Ｍ（８） On the other hand, the relationship between the moment _q x about the X-axis, moment _q y about the Y-axis, and moments _{q z} about the Z-axis, the _{f 1} to _{f 6} are expressed by the following equation (8).
[Equation 8]
q _x = −f ₂ c _M + f ₃ c _M
q _y = (f ₂ + f ₃ ) b _M −f ₁ a _M
_{_{_{_{q z = -f 4 l M +}}}} f 5 l M -f 6 l M (8)

そして、変換行列Ｌは、式（７）及び式（８）を用いて、以下の式（９）で示される。
[数９]

And the transformation matrix L is shown by the following formula | equation (9) using Formula (7) and Formula (8).
[Equation 9]

また、ステージ６には重力が作用する。重力加速度ベクトルをｇ＝（００ｇ０００）、ステージ６の質量をｍとすれば、ステージ６に作用する重力ベクトルは、−ｍｇとして表わされる。さらに、ステージ６に固定された被加工物４に切削工具１が接触すると、切削工具１は被加工物４に対して、加工力を作用させる。加工力は、図４に示すように、Ｆ_ｗ＝（ｆ_ｘｆ_ｙｆ_ｚｑ_ｘｑ_ｙｑ_ｚ）で表わされ、これを加工力ベクトルと称する。ここで、ｆ_ｘはＸ軸方向への加工力、ｆ_ｙはＹ軸方向への加工力、ｆ_ｚはＺ軸方向への加工力、ｑ_ｘはＸ軸まわりのモーメント、ｑ_ｙはＹ軸まわりのモーメント、ｑ_ｚはＺ軸まわりのモーメントである。 Further, gravity acts on the stage 6. If the gravity acceleration vector is g = (0 0 g 0 0 0) and the mass of the stage 6 is m, the gravity vector acting on the stage 6 is expressed as −mg. Further, when the cutting tool 1 comes into contact with the workpiece 4 fixed to the stage 6, the cutting tool 1 applies a processing force to the workpiece 4. Machining force, as shown in FIG. _4, F _w = represented by _{_{_{_{(f x f y f z q}}}} x q y q z), referred to as the working force vector this. Here, _{f x} machining force in the X-axis direction, _{f y} machining force in the Y-axis direction, _{f z} machining force in the Z-axis direction, _{q x} is the moment about the X-axis, _{q y} the Y-axis moment around and q _z is a moment around the Z axis.

ここで、弾性力ベクトルＦ_ｃは、加工力ベクトルＦ_ｗとステージ６に作用する重力ベクトル−ｍｇとの合力とつりあうため、以下の式（１０）が成立する。
[数１０]
Ｆ_ｃ＝−Ｆ_ｗ＋ｍｇ（１０） Here, the elastic force vector F _c, for balancing with the resultant force of the gravity vector -mg acting on working force vector F _w and the stage 6, the following equation (10) holds.
[Equation 10]
F _c = −F _w + mg (10)

式（５）、（６）、（１０）により、以下の式（１１）が成立する。
[数１１]
ＬＫ（ｙ−ｕ）＝Ｆ_ｗ−ｍｇ（１１） The following equation (11) is established by equations (5), (6), and (10).
[Equation 11]
_{LK (y-u) = F} w -mg (11)

ここで、式（１１）において、誤差変位ベクトルｙ−ｕを残しておくと、加工誤差となる。そこで、誤差変位ベクトルｙ−ｕを補正し、ステージ６の位置を目標位置と一致させる。具体的には、誤差変位ベクトルｙ−ｕに、加工力補正ベクトルｕ_ｗと重力補正ベクトルｍＫ^−１Ｌ^−１ｇとを加えて、以下の式（１２）を得る。
[数１２]
ＬＫ（ｙ−ｕ＋ｕ_ｗ−ｍＫ^−１Ｌ^−１ｇ）＝Ｆ_ｗ−ｍｇ（１２） Here, if the error displacement vector yu is left in the equation (11), a processing error occurs. Therefore, the error displacement vector yu is corrected to make the position of the stage 6 coincide with the target position. Specifically, the following equation (12) is obtained by adding the machining force correction vector u _w and the gravity correction vector mK ⁻¹ L ⁻¹ g to the error displacement vector yu.
[Equation 12]
LK (y−u + u _w −mK ⁻¹ L ⁻¹ g) = F _w −mg (12)

式（１２）においてｍｇを含む項（重力項）は左辺と右辺とで相殺されるので、以下の式（１３）を得る。
[数１３]
ＬＫ（ｙ−ｕ＋ｕ_ｗ）＝Ｆ_ｗ（１３） Since the term (gravity term) including mg in the equation (12) is canceled out between the left side and the right side, the following equation (13) is obtained.
[Equation 13]
LK (y−u + u _w ) = F _w (13)

ここで、位置補正ベクトルｕ_ｗにより誤差変位ベクトルｙ−ｕを補正し、ステージ６の位置ベクトルｙと目標位置ベクトルｕとを一致させなければならない。そこで、位置補正ベクトルｕ_ｗの時間微分値ｕ’_ｗ（＝ｄｕ／ｄｔ）と誤差変位ベクトルｙ−ｕとの関係を、以下の式（１４）とおく。ここで、αは正の実数定数である。
[数１４]
αｕ’_ｗ＝ｙ−ｕ（１４） Here, not to correct the displacement error vector y-u, if is matched with the position vector y and the target position vector u of the stage 6 by the position correction vector u _w. Therefore, the relationship between the time differential value u ′ _w (= du / dt) of the position correction vector u _w and the error displacement vector yu is set as the following expression (14). Here, α is a positive real constant.
[Equation 14]
αu ′ _w = yu (14)

式（１４）を式（１３）に代入して整理すると、以下の式（１５）を得る。
[数１５]
αＬＫｕ’_ｗ＋ＬＫｕ_ｗ＝Ｆ_ｗ（１５） Substituting equation (14) into equation (13) and rearranging results in the following equation (15).
[Equation 15]
αLKu ′ _w + LKu _w = F _w (15)

ここで、式（１５）は、一階の常微分方程式であり、かつ、αは正の実数定数であるから、時間の経過とともに位置補正ベクトルｕ_ｗの微分値は０に収束する。したがって、以下の式（１６）が成立する。
[数１６]
ＬＫｕ_ｗ＝Ｆ_ｗ（１６） Here, since the equation (15) is a first-order ordinary differential equation and α is a positive real constant, the differential value of the position correction vector u _w converges to 0 over time. Therefore, the following formula (16) is established.
[Equation 16]
LKu _w = F _w (16)

位置補正ベクトルｕ_ｗと誤差変位ベクトルｙ−ｕとを用いることにより、加工力ベクトルＦ_ｗの推定値Ｆ^＊ _ｗは、以下の式（１７）で表わされる。
[数１７]

By using the position correction vector _{u w} and a displacement error vector y-u, the estimated value ^F _{* w} working force vector _{F w} is expressed by the following equation (17).
[Equation 17]

ここで、β＝１／αである。また、（１７）式の右辺の第１項は誤差変位をあらわす項であり、（１７）式の右辺の第２項は誤差変位の積分値をあらわす項である。誤差変位の積分値は、位置補正信号として制御装置２５の記録媒体２６に蓄積される。制御装置２５は、誤差変位ベクトルを０にするように位置補正ベクトルｕ_ｗを修正する。 Here, β = 1 / α. The first term on the right side of equation (17) is a term representing the error displacement, and the second term on the right side of equation (17) is a term representing the integral value of the error displacement. The integrated value of the error displacement is stored in the recording medium 26 of the control device 25 as a position correction signal. The control device 25 corrects the position correction vector u _w so that the error displacement vector becomes zero.

一方、前記式（１）によって得られるステージ６の位置ベクトルｘを時間微分することにより、ステージ６の移動速度を算出することができる。本実施形態のマイクロ加工装置においては、切削工具１を一定位置に固定し、被加工物４が保持されたステージ６を移動させることによって、被加工物４の所望の位置に対して加工を行う。したがって、ステージ６の移動速度が切削工具１の送り速度と等しくなるので、切削工具１の送り速度と加工力ベクトルの推定値（式（１３））とを対応付けることができる。このようにして、従来においては計測できなかった切削工具１の送り速度と加工力との関係が計測できるようになる。 On the other hand, the moving speed of the stage 6 can be calculated by differentiating the position vector x of the stage 6 obtained by the equation (1) with respect to time. In the micro machining apparatus according to this embodiment, the cutting tool 1 is fixed at a fixed position, and the stage 6 on which the workpiece 4 is held is moved to perform machining on a desired position of the workpiece 4. . Therefore, since the moving speed of the stage 6 becomes equal to the feed speed of the cutting tool 1, the feed speed of the cutting tool 1 can be associated with the estimated value (formula (13)) of the machining force vector. In this way, the relationship between the feed rate of the cutting tool 1 and the machining force that could not be measured in the past can be measured.

なお、本実施形態のマイクロ加工装置に置いては、切削工具１の送り速度、すなわち、ステージ６の移動速度は、０．０１ｍｍ／ｓｅｃ以上０．１ｍｍ／ｓｅｃ以下の範囲に設定することが好ましい。
［実施例］
以下、本発明のマイクロ加工装置の実施例について説明する。 In the micromachining apparatus of the present embodiment, the feed speed of the cutting tool 1, that is, the moving speed of the stage 6 is preferably set in the range of 0.01 mm / sec to 0.1 mm / sec. .
[Example]
Hereinafter, examples of the micromachining apparatus of the present invention will be described.

本実施例においては、上記制御装置２５として電子計算機を用いる。電子計算機は、連続量である位置などの信号を離散量として計測する。すなわち、変位センサからの出力ベクトルｙは時間に関する連続量となるので、時間ｔの関数ｙ（ｔ）として表現することができる。 In this embodiment, an electronic computer is used as the control device 25. The electronic computer measures a signal such as a position that is a continuous quantity as a discrete quantity. That is, since the output vector y from the displacement sensor is a continuous quantity with respect to time, it can be expressed as a function y (t) of time t.

しかしながら、電子計算機は離散量を取り扱うことができるが、連続量を取り扱うことはできない。したがって、連続量をサンプル時間Δｔごとに採取して得られる離散量として取り扱う。すなわち、整数ｎを時間ｔに至るまでに連続量を採取した回数とすれば、ｔ＝ｎΔｔが成り立つ。したがって、電子計算機は、連続量である変位センサからの出力ベクトルｙを、サンプル時間Δｔごとに採取した離散量ｙ（ｎΔｔ）として取り扱うことができる。電子計算機は、他の時間の関数として表記される連続量（目標位置ベクトルｕ）についても同様に、離散量に変換して取り扱うことができる。 However, an electronic computer can handle discrete quantities, but cannot handle continuous quantities. Therefore, the continuous amount is handled as a discrete amount obtained by sampling every sampling time Δt. That is, t = nΔt holds when the integer n is the number of times that a continuous amount has been collected up to time t. Therefore, the electronic computer can handle the output vector y from the displacement sensor, which is a continuous quantity, as a discrete quantity y (nΔt) collected every sampling time Δt. Similarly, the electronic computer can handle a continuous quantity (target position vector u) expressed as a function of time by converting it into a discrete quantity.

連続量を離散量に置き換えることにより、連続量によって表記される前記（１７）式は、離散量を用いた式（１８）として表わされる。
[数１８]

By replacing the continuous quantity with a discrete quantity, the expression (17) expressed by the continuous quantity is expressed as an expression (18) using the discrete quantity.
[Equation 18]

目標位置ベクトルｕを加工力ベクトルＦ_ｗの推定値の関数出力し、この関数を適切に定めることによって、加工力ベクトルＦ_ｗが適切に制御される。
［制御方法］
図５は、本発明の実施例に係るマイクロ加工装置の制御方法を示すフローチャートである。以下、本実施例のマイクロ加工装置を用いた具体的な加工力の制御方法を、図５を参照しながら説明する。 The target position vector u and function output estimate of working force vector F _w, by determining the function properly, working force vector F _w is appropriately controlled.
[Control method]
FIG. 5 is a flowchart showing a control method of the micro-machining apparatus according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, a specific method for controlling the machining force using the micro machining apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施例におけるマイクロ加工装置においては、制御装置２５の記憶媒体２６に、切削工具１の目標位置及び送り速度、被加工物４に対する切削工具１の加工力の制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}などがあらかじめ入力され、記憶されている。制御装置２５には、終了キーと中断キーとが設けられている。 In the micro machining apparatus according to the present embodiment, the target position and feed speed of the cutting tool 1 and the limit value F _limit of the machining force of the cutting tool 1 on the workpiece 4 are input in advance to the storage medium 26 of the control device 25. , Remembered. The control device 25 is provided with an end key and an interruption key.

まず、マイクロ加工装置が起動した時点で、図５に示す加工力制御ルーチンが開始される。 First, when the micro machining apparatus is activated, a machining force control routine shown in FIG. 5 is started.

そして、マイクロ加工装置のアクチュエータが起動した時点で、制御装置２５に組み込まれたＣＰＵ２７が、被加工物４に対する切削工具１の加工力を取得する（Ｓ１）。ここで、本実施例においては、ＣＰＵ２７が被加工物４に対する切削工具１の加工力を取得するのは、アクチュエータが起動した時点からであるが、切削工具１により被加工物４を加工している過程において、加工者がＣＰＵ２７に対し加工力を取得するような情報を入力した時点からでもよい。 Then, when the actuator of the micro machining apparatus is activated, the CPU 27 incorporated in the control apparatus 25 acquires the machining force of the cutting tool 1 on the workpiece 4 (S1). Here, in the present embodiment, the CPU 27 acquires the processing force of the cutting tool 1 on the workpiece 4 from the time when the actuator is activated, but the workpiece 4 is processed by the cutting tool 1. In this process, it may be from the time when the processor inputs information for acquiring the processing force to the CPU 27.

次に、ＣＰＵ２７は、加工力ベクトルの関数Ｆ_Ｎ（以下、単に、関数Ｆ_Ｎという。）とステージ６の目標位置ベクトルｕとを用いて、以下の式（１９）の演算を行う。
[数１９]

Next, the CPU 27 calculates the following equation (19) by using the function F _N of the machining force vector (hereinafter simply referred to as the function F _N ) and the target position vector u of the stage 6.
[Equation 19]

ここで、α_x，α_y，α_z，β_x，β_y，β_zは定数である。また、制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}は関数Ｆ_Ｎの制限値、ｕ_ｏｌｄは更新前のステージ６の目標位置ベクトル、ｕ_ｎｅｗは更新後のステージ６の目標位置ベクトル、Δｕは目標位置ベクトルｕの増分である。式（１９）により、関数Ｆ_Ｎは制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}以下に制限される。 Here, α _x , α _y , α _z , β _x , β _y , β _z are constants. Further, the limit value F _limit is the limit value of the function F _N , u _old is the target position vector of the stage 6 before update, u _new is the target position vector of the stage 6 after update, and Δu is the increment of the target position vector u. . According to Expression (19), the function F _N is limited to a limit value F _limit or less.

まず、ＣＰＵ２７は、取得した関数Ｆ_Ｎと、あらかじめ記憶媒体２６に入力された制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}とを比較し、関数Ｆ_Ｎが制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}よりも小さいかどうかを判断する（Ｓ２）。そして、関数Ｆ_Ｎが制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}よりも小さい場合には（Ｓ２においてＹＥＳ）、切削工具１が目標位置ｕに対してΔｕだけ近づけられる（Ｓ３）。そして、その状態で、切削工具１による被加工物４の加工が続行される。 First, CPU 27 has a function _{F N} obtained is compared with the limit value _{F limit} entered in advance in the storage medium 26, it is determined whether the function _{F N} is smaller than the limit value _{F limit} (S2). Then, when the function _{F N} is smaller than the limit value _{F limit} (YES in S2), to approach the cutting tool 1 only Δu the target position u (S3). In this state, the machining of the workpiece 4 by the cutting tool 1 is continued.

次に、ＣＰＵ２７は、終了キーが押されたかどうかを判断する（Ｓ４）。ここで、加工者が、切削工具１による被加工物４の加工を終了するかどうか目視により確認し、加工を終了する場合には終了キーを押す。ＣＰＵ２７は、終了キーが押されたと判断すると（Ｓ４においてＹＥＳ）、被加工物４の加工は終了する（Ｓ７）。一方、被加工物４の加工を続行する場合には、加工者は終了キーを押さない。ＣＰＵ２７は、終了キーが押されていないと判断すると（Ｓ４においてＮＯ）、ステップＳ１に戻り、加工力を取得する。これにより、切削工具１による被加工物４の加工が続行される。 Next, the CPU 27 determines whether or not the end key has been pressed (S4). Here, the operator visually confirms whether or not the machining of the workpiece 4 by the cutting tool 1 is finished, and presses the end key when the machining is finished. When CPU 27 determines that the end key has been pressed (YES in S4), the processing of workpiece 4 ends (S7). On the other hand, when processing the workpiece 4 is continued, the processor does not press the end key. When CPU 27 determines that the end key has not been pressed (NO in S4), it returns to step S1 and acquires the machining force. Thereby, processing of the workpiece 4 by the cutting tool 1 is continued.

一方、関数Ｆ_Ｎが制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}よりも大きい場合には（Ｓ２においてＮＯ）、切削工具１が被加工物４の目標位置ｕからΔｕだけ離される（Ｓ５）。このようにして、切削工具１が被加工物に対して過剰な加工力を与えることを抑制することができる。 On the other hand, (NO in S2). If the function _{F N} is greater than the limit value _{F limit,} the cutting tool 1 is separated by Δu from the target position u of the workpiece 4 (S5). In this way, it is possible to suppress the cutting tool 1 from applying an excessive machining force to the workpiece.

次に、ＣＰＵ２７は、中断キーが押されたかどうかを判断する（Ｓ６）。まず、加工者が、切削工具１による被加工物４の加工を中断するかどうかを目視により確認する。そして、被加工物の加工を中断する場合には、加工者は制御装置２５における中断キーを押す。制御装置２５のＣＰＵ２７は、中断キーが押されたと判断すると（Ｓ６においてＹＥＳ）、被加工物４の加工は終了する（Ｓ７）。ここで、切削工具１による被加工物４の加工を中断する場合とは、関数Ｆ_Ｎが制限値Ｆ_{ｌｉｍｉｔ}以下とならず、これ以上加工を続行すると切削工具１が折損するおそれのある場合が該当する。一方、被加工物４の加工を続行する場合には、加工者は中断キーを押さない。ＣＰＵ２７は、終了キーが押されていないと判断すると（Ｓ６においてＮＯ）、ステップＳ１に戻り、加工力を取得する。 Next, the CPU 27 determines whether or not the interruption key is pressed (S6). First, the operator confirms visually whether or not the processing of the workpiece 4 by the cutting tool 1 is interrupted. Then, when interrupting the processing of the workpiece, the operator presses an interrupt key in the control device 25. When CPU 27 of control device 25 determines that the interrupt key has been pressed (YES in S6), processing of workpiece 4 ends (S7). Here, the case of interrupting the processing of the workpiece 4 by the cutting tool 1, not the function F _N is the limit value F _limit follows, if to continue the machining cutting tool 1 is a possibility of breakage more Applicable. On the other hand, when processing the workpiece 4 is continued, the processor does not press the interruption key. When CPU 27 determines that the end key has not been pressed (NO in S6), it returns to step S1 and acquires the machining force.

そして、上記のサイクル、すなわち、加工力の測定とステージ６の位置決めとが繰り返されることにより、被加工物４に対する切削工具１の加工力を制御しながら被加工物４を加工することができるので、切削工具1の折損を防止することができる。 Since the above cycle, that is, the measurement of the processing force and the positioning of the stage 6 are repeated, the workpiece 4 can be processed while controlling the processing force of the cutting tool 1 on the workpiece 4. The breakage of the cutting tool 1 can be prevented.

また、切削工具１と被加工物４との組み合わせによって決定される加工力と、送り速度との関係が解明され、最適な加工条件を見い出すことができる。
［測定例］
図６乃至図１２は、上記実施例のマイクロ加工装置を用い、切削工具１にかかる加工力を測定したものである。図６はＺ軸方向への加工力を示すグラフ、図７はＸ軸方向への加工力を示すグラフ、図８はＹ軸方向への加工力を示すグラフである。図９はＸ軸まわりのモーメントを示すグラフ、図１０はＹ軸まわりのモーメントを示すグラフ、図１１はＺ軸まわりのモーメントを示すグラフである。図１２は、Ｚ軸方向への加工力を示すグラフであって、被加工物４に対する切削工具１の加工力を制御したグラフである。 Further, the relationship between the machining force determined by the combination of the cutting tool 1 and the workpiece 4 and the feed rate is clarified, and the optimum machining conditions can be found.
[Measurement example]
6 to 12 show the measurement of the machining force applied to the cutting tool 1 using the micro machining apparatus of the above embodiment. 6 is a graph showing the machining force in the Z-axis direction, FIG. 7 is a graph showing the machining force in the X-axis direction, and FIG. 8 is a graph showing the machining force in the Y-axis direction. 9 is a graph showing the moment around the X axis, FIG. 10 is a graph showing the moment around the Y axis, and FIG. 11 is a graph showing the moment around the Z axis. FIG. 12 is a graph showing the machining force in the Z-axis direction, and is a graph in which the machining force of the cutting tool 1 on the workpiece 4 is controlled.

図６に示すように、Ｚ軸方向への加工力は、加工開始から４５秒経過付近までにおいては、Ｚ軸のマイナス方向へ働いている。これは、切削工具１を被加工物４に対して突っ込んでいるときの力を示している。次に、加工開始から４５秒付近で、Ｚ軸方向への加工力がマイナス方向からプラス方向へ転じている。これは、切削工具１が被加工物４を貫通した状態を示している。そして、加工開始から４５秒以降については、Ｚ軸のプラス方向への力が働いている。これは、切削工具１を被加工物４から引き抜いているときの状態を示している。 As shown in FIG. 6, the machining force in the Z-axis direction works in the negative direction of the Z-axis until 45 seconds elapse from the start of machining. This shows the force when the cutting tool 1 is thrust into the workpiece 4. Next, in the vicinity of 45 seconds from the start of machining, the machining force in the Z-axis direction turns from the minus direction to the plus direction. This shows a state where the cutting tool 1 has penetrated the workpiece 4. Then, the force in the positive direction of the Z-axis is working after 45 seconds from the start of machining. This shows a state when the cutting tool 1 is pulled out from the workpiece 4.

次に、図７に示すように、Ｘ軸方向への加工力は、加工開始から４５秒経過付近までにおいては、Ｘ軸のプラス方向へ働いている。また、加工開始から４５秒経過付近以降においては、Ｘ軸方向への加工力は０（Ｎ）に収束するように変化している。これは、切削工具１が被加工物４を貫通するまで（図６参照）は、切削工具１に対するＸ軸のプラス方向への曲げ力が徐々に大きくなっているのに対し、切削工具１が被加工物４を貫通した後は、切削工具１に対するＸ軸のプラス方向への曲げ力が徐々に小さくなっていることを示している。 Next, as shown in FIG. 7, the machining force in the X-axis direction works in the positive direction of the X-axis until 45 seconds elapse from the start of machining. Further, after 45 seconds from the start of machining, the machining force in the X-axis direction changes so as to converge to 0 (N). This is because until the cutting tool 1 penetrates the workpiece 4 (see FIG. 6), the bending force in the positive direction of the X-axis with respect to the cutting tool 1 gradually increases, whereas the cutting tool 1 It shows that the bending force in the positive direction of the X axis with respect to the cutting tool 1 gradually decreases after passing through the workpiece 4.

また、図８に示すように、Ｙ軸方向への加工力は、加工開始から４５秒経過付近までにおいては、Ｙ軸のマイナス方向へ働いている。また、加工開始から４５秒経過付近以降においては、Ｙ軸方向への加工力は０（Ｎ）に収束するように変化している。これは、切削工具１が被加工物４を貫通するまで（図６参照）は、切削工具１に対するＹ軸のマイナス方向への曲げ力が徐々に大きくなっているのに対し、切削工具１が被加工物４を貫通した後は、切削工具１に対するＹ軸のマイナス方向への曲げ力が徐々に小さくなっていることを示している。 Further, as shown in FIG. 8, the machining force in the Y-axis direction works in the negative direction of the Y-axis until 45 seconds elapse from the start of machining. Further, after 45 seconds from the start of machining, the machining force in the Y-axis direction changes so as to converge to 0 (N). This is because the bending force in the negative direction of the Y axis with respect to the cutting tool 1 gradually increases until the cutting tool 1 penetrates the workpiece 4 (see FIG. 6). It shows that the bending force in the negative direction of the Y axis with respect to the cutting tool 1 gradually decreases after passing through the workpiece 4.

一方、図９に示すように、切削工具１が被加工物４を貫通するまでは（図６参照）、Ｘ軸まわりのモーメントｑｘが増加していることから、Ｘ軸まわりのねじれが大きくなっていることが分かる。一方、切削工具１が被加工物４を貫通した後は、Ｘ軸まわりのモーメントｑｘが減少していることから、Ｘ軸まわりのねじれが小さくなっていることが分かる。 On the other hand, as shown in FIG. 9, until the cutting tool 1 penetrates the workpiece 4 (see FIG. 6), the moment qx around the X axis increases, so that the twist around the X axis increases. I understand that On the other hand, after the cutting tool 1 has penetrated the workpiece 4, the moment qx around the X axis decreases, so it can be seen that the twist around the X axis is reduced.

また、図１０に示すように、切削工具１が被加工物４を貫通するまでは、Ｙ軸まわりのモーメントｑｙが増加していることから、Ｙ軸まわりのねじれが大きくなっていることが分かる。一方、切削工具１が被加工物４を貫通した後は、Ｙ軸まわりのモーメントｑｙが減少していることから、Ｙ軸まわりのねじれが小さくなっていることが分かる。 Further, as shown in FIG. 10, until the cutting tool 1 penetrates the workpiece 4, the moment qy around the Y axis increases, and it can be seen that the torsion around the Y axis increases. . On the other hand, after the cutting tool 1 has penetrated the workpiece 4, the moment qy about the Y axis decreases, and it can be seen that the twist about the Y axis is reduced.

さらに、図１１に示すように、切削工具１が被加工物４を貫通するまでは、Ｚ軸まわりのモーメントｑｚが増加していることから、Ｚ軸まわりのねじれが大きくなっていることが分かる。一方、切削工具１が被加工物４を貫通した後は、Ｚ軸まわりのモーメントｑｚが減少していることから、Ｚ軸まわりのねじれが小さくなっていることが分かる。 Further, as shown in FIG. 11, until the cutting tool 1 penetrates the workpiece 4, the moment qz around the Z-axis increases, and it can be seen that the torsion around the Z-axis increases. . On the other hand, after the cutting tool 1 has penetrated the workpiece 4, the moment qz around the Z-axis decreases, so it can be seen that the twist around the Z-axis is reduced.

本発明の実施例のマイクロ加工装置を用い、式（１９）においてα_x＝α_y＝β_x＝β_y＝β_z＝０，α_z＝１とし、加工力の絶対値｜ｆｚ｜が制限値０．３Ｎ（３０ｇ）以下になるように制御して、被加工物４を加工したときの加工力ｆｚを、図１２に示す。 Using the micro-machining apparatus of the embodiment of the present invention, α _x = α _y = β _x = β _y = β _z = 0, α _z = 1 in formula (19), and the absolute value | fz | FIG. 12 shows the processing force fz when the workpiece 4 is processed under the control of the value 0.3N (30 g) or less.

図１２から明らかなように、加工力の絶対値｜ｆｚ｜が０．３Ｎを超えそうになると、制御装置２５は、切削工具１と被加工物４との距離を離すように目標位置ベクトルを修正している。結果として、切削工具１の折損が予防されることが明らかである。 As apparent from FIG. 12, when the absolute value | fz | of the machining force is likely to exceed 0.3N, the control device 25 sets the target position vector so as to increase the distance between the cutting tool 1 and the workpiece 4. It has been corrected. As a result, it is clear that breakage of the cutting tool 1 is prevented.

なお、上記実施例においては、直径が０．１ｍｍの切削工具１を用いたため、加工力の制限値を０．３Ｎに設定していたが、前述のように直径が２０μｍ〜１ｍｍの範囲の切削工具１を用いた場合には、加工力の制限値を０．０１Ｎ〜２Ｎ（１ｇ〜２００ｇ）の範囲に設定することが好ましい。
（第２実施形態）
図１３は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ加工装置の構成を示す概略図である。図１４は、図１３のマイクロ加工装置におけるアクチュエータの配列を示す平面図である。図１３及び図１４において、図１及び図３と同一又は相当する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 In the above embodiment, since the cutting tool 1 having a diameter of 0.1 mm was used, the limit value of the processing force was set to 0.3 N. However, as described above, the cutting having a diameter in the range of 20 μm to 1 mm was used. When the tool 1 is used, it is preferable to set the limit value of the processing force within a range of 0.01 N to 2 N (1 g to 200 g).
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of a micromachining apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 is a plan view showing an array of actuators in the micromachining apparatus of FIG. 13 and 14, the same or corresponding parts as those in FIGS. 1 and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

上記の第１実施形態においては、アクチュエータとして電磁石を用いたが、本実施形態のマイクロ加工装置では、アクチュエータとしてピエゾ素子を用いている。 In the first embodiment, an electromagnet is used as an actuator. However, in the micromachining apparatus according to the present embodiment, a piezoelectric element is used as an actuator.

そして、本実施形態のマイクロ加工装置においては、図１４に示すように、ステージ６の側面に、第一ピエゾ素子３１と、第二ピエゾ素子３２と、第三ピエゾ素子３３とが配設されている。各ピエゾ素子は、ステージ６と筐体３０とを連結するように配設されている。各ピエゾ素子は、ステージ６を水平方向に移動させる。 In the micromachining apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 14, a first piezo element 31, a second piezo element 32, and a third piezo element 33 are arranged on the side surface of the stage 6. Yes. Each piezoelectric element is disposed so as to connect the stage 6 and the housing 30. Each piezo element moves the stage 6 in the horizontal direction.

一方、ステージ６の下方には、第四ピエゾ素子３４と、第五ピエゾ素子３５と、第六ピエゾ素子３６とが配設されている。各ピエゾ素子は、ステージ６と筐体３０とを連結するように配設されている。その他の構成については、上記第１実施形態と同様である。 On the other hand, below the stage 6, a fourth piezo element 34, a fifth piezo element 35, and a sixth piezo element 36 are disposed. Each piezoelectric element is disposed so as to connect the stage 6 and the housing 30. Other configurations are the same as those in the first embodiment.

以上のような構成としても、第１実施形態のマイクロ加工装置と同様の効果を奏する。 Even if it is the above structures, there exists an effect similar to the micro processing apparatus of 1st Embodiment.

本発明のマイクロ加工装置は、切削工具の折損の防止が向上された加工装置として有用である。 The micro machining apparatus of the present invention is useful as a machining apparatus with improved prevention of breakage of a cutting tool.

本発明の第１実施形態に係るマイクロ加工装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the micro processing apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１のマイクロ加工装置における変位センサの配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of the displacement sensor in the micro processing apparatus of FIG. 図１のマイクロ加工装置におけるアクチュエータの配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of the actuator in the micro processing apparatus of FIG. 加工力を示す概略図である。It is the schematic which shows a processing force. 本発明の実施例に係るマイクロ加工装置の制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the micro processing apparatus which concerns on the Example of this invention. Ｚ軸方向への加工力の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the processing force to a Z-axis direction. Ｘ軸方向への加工力の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the processing force to a X-axis direction. Ｙ軸方向への加工力の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the processing force to a Y-axis direction. Ｘ軸まわりのモーメントの経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the moment around the X axis. Ｙ軸まわりのモーメントの経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the moment around a Y-axis. Ｚ軸まわりのモーメントの経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the moment around a Z-axis. Ｚ軸方向への加工力の経時変化を示すグラフであって、加工力を制限したグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the processing force to a Z-axis direction, Comprising: It is a graph which restricted the processing force. 本発明の第２実施形態に係るマイクロ加工装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the micro processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図１３のマイクロ加工装置におけるアクチュエータの配列を示す平面図である。It is a top view which shows the arrangement | sequence of the actuator in the micro processing apparatus of FIG.

Explanation of symbols

１切削工具
２主軸（加工ユニット）
３主軸回転装置（加工ユニット）
４被加工物
５固定治具
６ステージ
７第一位置検出片
８第二位置検出片
９第三位置検出片
１３第一変位センサ
１４第二変位センサ
１５第三変位センサ
１６第四変位センサ
１７第五変位センサ
１８第六変位センサ
１９第一アクチュエータ（第一電磁石）
２０第二アクチュエータ（第二電磁石）
２１第三アクチュエータ（第三電磁石）
２２第四アクチュエータ（第四電磁石）
２３第五アクチュエータ（第五電磁石）
２４第六アクチュエータ（第六電磁石）
２５制御装置（電子計算機）
２６記憶媒体
２７ＣＰＵ
３１第一ピエゾ素子
３２第二ピエゾ素子
３３第三ピエゾ素子
３４第四ピエゾ素子
３５第五ピエゾ素子
３６第六ピエゾ素子
４０筐体 1 Cutting tool 2 Spindle (machining unit)
3 Spindle rotation device (processing unit)
4 Workpiece 5 Fixing jig 6 Stage 7 First position detection piece 8 Second position detection piece 9 Third position detection piece 13 First displacement sensor 14 Second displacement sensor 15 Third displacement sensor 16 Fourth displacement sensor 17 First Five displacement sensors 18 Sixth displacement sensor 19 First actuator (first electromagnet)
20 Second actuator (second electromagnet)
21 Third actuator (third electromagnet)
22 Fourth actuator (fourth electromagnet)
23 Fifth actuator (fifth electromagnet)
24 Sixth actuator (sixth electromagnet)
25 Control device (electronic computer)
26 storage medium 27 CPU
31 1st piezo element 32 2nd piezo element 33 3rd piezo element 34 4th piezo element 35 5th piezo element 36 6th piezo element 40 Housing

Claims

A stage on which the workpiece is placed;
A processing unit that holds a tool and processes the workpiece placed on the stage with the tool;
A moving device for generating an elastic force to support the stage and moving the stage by changing the elastic force ;
Position detecting means for detecting the position of the stage;
A control device that feedback- controls the position of the stage by changing the elastic force generated by the moving device based on the position of the stage detected by the position detection means and the target position of the stage;
Wherein the control device, the movement speed of the processing by based on the elastic displacement is displaced position to be the detection for the target position of the stage by detecting the working force, the stage on the basis of a machining force the detected A micro machining apparatus for machining the workpiece while controlling the machining force by controlling .

The control device, the by correcting the target position of the stage in accordance with the working force, to control the working force by controlling the elastic displacement, micro machining apparatus according to claim 1.

The control device obtains a displacement of the stage proportional to the machining force, integrates the obtained displacement and accumulates it as a position correction amount, and sets a difference between the displacement and the position correction amount to zero. The micro processing apparatus according to claim 1, wherein the position of the stage is controlled.