JP4759094B1 - Xyテーブル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】環境対応型のXYテーブル10は、矩形のベース1と、このベース1に対向するテーブル3と、このベース1とテーブル3との間に挿通されているサドル2と、ベース1を基準としてサドル2をY軸方向へ移動させるY軸駆動手段4と、サドル2を基準としてテーブル3をX方向へ移動させるX軸駆動手段5と、を備えた環境対応型のXYテーブル10であって、前記サドル2と前記テーブル3との何れか一方または双方は、CFRPを用いて形成したことを特徴とする。
【選択図】図2
Description
また、このXYテーブルの駆動装置は、ボールネジとサーボモータとによる駆動装置から、リニアモータへの置き替えが進んでいる。
また、XYテーブル20は、ベース13とサドル14との間に、このサドル14をX方向へ駆動させるX軸リニアモータ17(図示せず)が設けられ、もう一方のサドル14とテーブル15との間にも、このテーブル15をY方向へ駆動させるY軸リニアモータ16(図示せず)が収納されている。
なお、サドル14のX方向に移動する信号ケーブルは省略している。
さらに、ケーブル18は駆動用動力ケーブルであり、これらX軸リニアモータおよびY軸リニアモータは、このケーブル18によってドライバ19と接続されている。(特許文献1参照)。
また、複数個のフランジ付ブッシュのフランジ部の上面が、座の下面を基準面として、所望の精度で同一平面に形成されたことにより、質量を増やさないで、テーブルの精度を容易に確保することができる。また、CFRP板の上面の平面度の精度に影響を受けることがなく、容易に加工ワークの精度を保つことができる。さらに、複数個のフランジ付ブッシュのフランジ部を取り付け座の基準座とすることにより、治具の固定やワークの固定を高精度に行うことができる。
図1、図2に示すように、本発明の実施形態であるXYテーブル10は、例えば、工作機械の主軸台の主軸近傍に載置され、ワークの位置決めをするユニットである。
XYテーブル10は、矩形のベース1と、このベース1に対向するテーブル3と、ベース1とテーブル3との間に挿通されているサドル2と、ベース1を基準としてサドル2をY軸方向へ移動させるY軸駆動手段4のY軸リニアモータ4と、サドル2を基準としてテーブル3をX方向へ移動させるX軸駆動手段5のX軸リニアモータ5と、から構成されている。
つまり、XYテーブル10は、ベース1に積み上げられたY方向へ移動自在なサドル2と、サドル2に積み上げられたX方向へ移動自在なテーブル3とから構成されている。
架台11は、平面視で矩形をしており、XYテーブル10を載置する。架台11は、XYテーブル10の自重および切削力を受けては撓まないよう、十分な剛性を備えている。
なお、ベース1は、架台11と一体にしても構わない。
ベース1の上面1aの左右両端付近には、2本のY軸サブレール1b,1bを介して2本のY軸ころがりガイド1c,1cが平行に固定されている。また、このY軸ころがりガイド1c,1cには、摺動自在にガイドナット1d,1dが嵌合されている。
さらに、2本のY軸ころがりガイド1c,1cによって形成されたスペース(空間)には、サドル2をY方向へ摺動するY軸駆動手段のY軸リニアモータ4が配置されている。
また、ガイドナット1d,1dの上面には、スペーサ1e,1e(図6参照)を介してサドル2がボルトによって固定されている。
中間層eは、コア材7である。コア材7をCFRP板でサンドイッチにしたサンドイッチパネル構成により軽量化ができる。ここでは、例えば六角形状で連続して形成されたハニカム材7である。このハニカム材7を、板厚2mmのCFRP板で挟持して接着されているため、見た目では、厚み全てがCFRP板のように見える。このように、中間層eを設け、中間層eをハニカム材7にすることにより、サドル2の軽量化が可能になる。また、サドル2の厚みは、ここでは、例えば12mmである。
サドル2の上面2aには、2本のX軸スペーサ2b,2bを介して2本のX軸ころがりガイド2c,2cが平行に固定されている。また、このX軸ころがりガイド2c,2cには、摺動自在にガイドナット2d,2dが嵌合されている。
このように、2本のX軸ころがりガイド2c,2cによって形成されたスペース(空間)には、テーブル3をX方向へ摺動するX軸駆動手段のX軸リニアモータ5が配置されている。
CFRP板は、カーボン繊維をエポキシやポリイミドなどのマトリックス樹脂で成形・加工して製作した強化プラスチックである。カーボン繊維は5〜10μの太さの極細繊維であるが、これをフィルム状に形成した薄板を例えば厚みが2mmになるまで積層方向を交互、斜め方向の全方向にずらして積層することにより、全方位に対して強い板材が可能になる。
この他、CFRP板の機械的性質の特徴は、カーボン繊維を用途、要求特性に合せて、カーボン繊維の種別、配向、組合せなどを変えることもできる。また、その機械的性質は、軽量・高剛性・高強度、振動減衰性に優れている。そのため、宇宙機器の衛星構造体、搭載アンテナ、太陽電池パネル、飛行機、自動車のフレームや医療機器のX線天板、X線フィルムカセット、機構部品等に採用されている。
この結果、Y軸リニアモータ4は、図示しないモーションコントローラからのNC指令により駆動して、図3、図4に示すように、サドル2をY軸方向へ移動させる。なお、リニアスケール等を設けてクローズドループ制御をしてもかまわない。
図5に示すように、CFRP板は上面cと下面dと外周面のみであり、それぞれ厚み2mmの板によってハニカム材7の中間層eをサンドイッチ状態で接着している。
CFRP板の特徴の説明は、前記同様であるため、省略する。
また、Y軸ころがりガイド1cは、Y軸サブレール1bの溝に挿通され、ビス1fによって右側面の基準面に当接されている。
また、このフランジ付ブッシュ9はフランジ部9aがテーブル3の上面cより凸形に形成されており、この24個の上面9cは、座3aの下面fを基準面として、所望の形状精度の平面度で形成されている。これにより、テーブル3の厚みHの寸法は、同一となっている。
前記平面度の加工方法として、ここでは、平面研削盤等の工作機械によって、仕上げられている。
従来と本願発明のXYテーブルの消費電力を算出し、CO2の発生量を算出する。
なお、環境省は、日本の発電事情がまだ火力発電が50%以上であることを勘案し、1kwh当りのCO2の発生量は、0.36kg−co2/kwhであることを公表している。
そこで、CO2の発生量は、1kwh当り、0.36kg−co2発生するものとする。
また、テーブルのサイズと、サドルのサイズは、本願発明と比較をする都合上、本願発明のXYテーブルのサイズに合わせるものとする。
なお、両者を比較するには、若干の緒言の共通化が必要である。それは質量とイナーシャ(慣性力)とスピードに関係する。XYテーブルの移動の場合、質量が大であっても、スピードが低速であれば、イナーシャは小さい。また、質量が小さくても、スピードが高速であればイナーシャは大きくなる。したがって、質量が大きく、スピードが速い場合は、イナーシャを抑えるために大容量出力のモータが必要になる。このスピード(性能)を高速に設定して同等なものとして比較する必要がある(表1参照)。
しかしながら、本願発明のように、移動体の質量を極端に小さく抑え込むことによって、イナーシャを極小にすることができるから、移動体を速くする場合であっても、小出力のリニアモータで可能になる。
従来のXYテーブルの消費電力を算出し、CO2の発生量を算出する。
・テーブル移動体の質量:鋳物製板50kg+購入品29.8kg=79.8kg
・サドル移動体の質量:鋳物製板60kg+購入品31.2kg=91.2kg
・リニアモータの容量:X軸、Y軸とも4kW、合計では8kW
・1日の電力使用量:8kw×8H×稼働率0.3=19.2kWH
・年間の電力使用量:19.2kWH×250日=4,800kWH
・ 年間CO2の排出量:4,800kWH×0.36=1,728kg−co2
本発明のXYテーブルの消費電力を算出し、CO2の発生量を算出する。
・テーブル移動体の質量:CFRP製2.7kg+購入品2.6kg=5.3kg
・サドル移動体の質量:CFRP製6.0kg+購入品27.5kg=33.5kg
・リニアモータの容量:X軸、Y軸とも0.8kw、合計では1.6kW
・1日の電気使用量:1.6kW×8H×稼働率0.3=3.84kWH
・年間の電気使用量:3.84kWH×250日=960kWH
・ 年間CO2の排出量:960kWH×0.36=345kg−co2
これらを整理した結果を表1に示す。ただし、固定または載置される治具、ワーク
等の質量は、両者に均等にかかるため除外している。
また、購入品とは、ころがりガイドおよびナット、リニアモータを構成するリニアマグネットおよびリニアコイル等を含むものとする。
この結果、両者の1台当たりで比較すると、CO2の排出量は80%削減効果を奏する。また、1年間の生産台数に相当する1,000台が全国各地で、1年間稼動すると想定した場合、年間CO2の排出量を比較すると、表1の最下段に示すように、従来のXYテーブルでは、1,728ton−co2に対して、本実施形態のXYテーブルでは、345ton−co2となり、その差1,383ton−co2と削減とする顕著な効果を奏する。
以上の通り、本発明のXYテーブルは、移動体であるテーブとサドルの軽量化に成功し、小さな容量のモータで従来の仕様と同じXYテーブルの機能を確保した結果、従来のCO2の発生量の80%を削減したXYテーブルの提供が実現した。これは、従来の技術的思想にはない、地球温暖化防止のためにCO2の発生を抑えたXYテーブルという視点から研究を重ねた成果である。
また、これはXYテーブルの大小に拘わらず、どのサイズにも適用可能であり、これまでにない顕著な効果を奏するものである。また、XYテーブル10は、これからの他のユニットのあり方を示唆するものとなっている。このXYテーブルは、日々生産活動に貢献している。
1a 上面
1b Y軸サブレール
1c Y軸ころがりガイド
1d ガイドナット
1e スペーサ
1f ビス
2 サドル
2a 上面
2b X軸スペーサ
2c X軸ころがりガイド
2d ガイドナット
2f プレート
3 テーブル
3a 座
4 Y軸リニアモータ(Y軸駆動手段)
5 X軸リニアモータ(X軸駆動手段)
7 コア材(ハニカム材)
8 スリーブ状ブッシュ
8b ボルト
9 フランジ付ブッシュ
9a フランジ部
9b ボルト
9c 上面
10 XYテーブル
11 架台
a リニアマグネット(電極ヨーク)
b リニアコイル
c 上面
d,f 下面
e 中間層
H 厚み
Claims (3)
- 矩形のベースと、
前記ベースに対向するテーブルと、
前記ベースと前記テーブルとの間に挿通されているサドルと、
前記ベースを基準として前記サドルをY軸方向へ移動させるY軸駆動手段と、
前記サドルを基準として前記テーブルをX方向へ移動させるX軸駆動手段と、を備え、
前記サドルと前記テーブルとの何れか一方または双方が、CFRPを用いて形成されたXYテーブルであって、
前記CFRPを用いて形成された前記テーブルの下面には座が設けられ、前記テーブルの上面には、複数個のフランジ付ブッシュが装着され、前記複数個のフランジ付ブッシュのフランジ部が前記テーブルの上面に凸形に形成され、前記複数個のフランジ付ブッシュのフランジ部の上面が前記座の下面を基準面として、所望の精度で同一平面に形成されていることを特徴とするXYテーブル。 - 前記サドルと前記テーブルとの何れか一方または双方は、
前記CFRPを用いた2枚の板材と、
前記2枚の板材の間に挟持されたコア材と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のXYテーブル。 - 前記CFRPの2枚の板材の厚みは1〜10mmであり、
前記コア材の厚みは5〜100mmであることを特徴とする請求項2に記載のXYテーブル。
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