JP4777137B2 - 精密ロール旋盤 - Google Patents

Description

本発明は、ロールに対して溝加工を行う精密旋盤に係り、特に、ロールの外周に周方向の溝を加工するだけでなく、軸方向に溝を高精度に加工することができ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研削盤やロール旋盤がある。ロール研削盤は、主軸台、心押台、往復台を備えており、往復台には研削砥石が設けられている。

従来、ロール研削盤では、ロールの外周面を砥石で研削する加工の他、外周面に溝を加工することが行われる。特許文献１には、溝を切削する切削鋸刃を有する溝加工装置を往復台に設けたロール研削盤が記載されている。

ロール旋盤は、ダイヤモンドバイト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。軸方向に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）に高速移動させることにより、軸方向に溝を創生することができる。

近年、制御技術の進歩によって、旋盤による超精密加工が実現されている。これにより、旋盤でも光学レンズを成形する金型を加工できるようになってきている。例えば、本出願人は、フレネルレンズ成形用の金型を加工できる立旋盤を提案している（特許文献２）。この立旋盤では、フレネルレンズ成形金型のＶ形レンズ溝を高精度に加工することができる。

ところで、液晶表示装置の普及により、液晶パネルのバックライトに使用されるレンズシートの需要が増大している。この種のレンズシートには、前述したフレネルレンズの他、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がある。

最近では、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、プリズムシートをロール形状の金型を用いて、押出機で成形することが検討されている。
特開２００３−９４２３９号公報 特開２００４−３５８６２４号公報

しかしながら、これらのレンズシート成形用の金型をロール旋盤で加工する場合、ロールの外周面には、周方向の溝（縦溝）と長手方向の溝（横溝）を精密に加工する必要があるが、次のような問題がある。

縦溝の加工では、上述したように、主軸台でロールを高速に回転させながら、ダイヤモンドバイトを半径方向に送って溝を旋削するので、ロールの高速回転により必要十分な切削速度の下で良好な加工面を得ることができる。

ところが、横溝の加工となると、主軸台でロールを割り出してから、主軸台を長手方向に送るので、十分な切削速度が得られないという問題がある。すなわち、理想的な切削速度は、材質が銅、ニッケルメッキを施したロールの場合、約３００ｍ／分であるのに対して、高速な往復台といえども、移動速度は１０ｍ／分程度である。目一杯速く往復台を移動させたとしても、高精度の加工面を得られるだけの切削速度にはとうてい足りず、レンズシートを成形する金型に要求される超精密の加工面を得ることができなかった。

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、ロールの外周面に周方向の縦溝を高精度に加工できるだけでなく、長手方向の横溝についても高精度に加工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。

前記の目的を達成するために、本発明は、ベッドと、前記ベッド上に設置され、ロール形状のワークの一端をチャックで保持しながら該ワークに回転を与えるとともに、ワークの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ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、前記ワークの一端を回転自在に支持する心押台と、前記ワークの長手方向（Ｚ軸）を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、ワークの長手方向と直角の方向（Ｘ軸）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、前記ワークに周方向の縦溝を加工する縦溝加工用のバイトを１本以上、または記ワークに軸方向の横溝を加工する横溝加工用のフライカッターとして用いられるバイトを１本取り付け可能な刃物台を有する刃物旋回台と、を備え、前記刃物旋回台は、前記刃物台そのものを高速で回転させる主軸と、前記刃物台の刃物を割り出す割出し軸（Ｂ軸）と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、刃物旋回台は、主軸と刃物割出しのためのＢ軸を備えているので、刃物台本来の使い方と、フライカッタスピンドル機構の代用としての使い分けが可能となる。これにより、ロール形状のワークに対して縦溝（周方向の溝）を切削できるのはもちろん、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。

また、往復台の案内に転がり案内を用いた機械で横溝を加工するときには、往復台のＺ軸送りを比較的低速で済ませることができるので、Ｚ軸の転がり案内面での発熱は抑制でき、これにより、転がり案内による運動性能を活用しつつベッドやサドルの熱変形による加工精度の低下を防止できる。

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、本発明による精密ロール旋盤の側面図で、図２は同精密ロール旋盤の平面図である。
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。工作物はロール形状のワーク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、主軸１８の先端に取り付けられチャック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、ワークＷの軸を把持し、主軸１８の回転をワークに伝達する。この主軸台１２では、サーボモータ２０は、ワークＷを高速で回転させるために主軸１８を駆動する。これに加えて、エンコーダ２２によりサーボモータ２０の回転量を検出し、サーボモータ２０の回転量を制御することにより、主軸台１２にはワークＷの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ軸）としての機能が付加されている。主軸台１２の軸受には、油静圧軸受の他、空気軸受、ベアリング軸受であってもよい。

次に、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、ワークＷの軸をセンタ２５で回転自在に支持する。なお、心押台１４では、センタ２５の取り付けられた心押軸は軸受により支持されている。この実施形態では、主軸台１２と心押台１４でワークＷを支持する形態であるが、心押台１４の代わりに、モータをもたない軸受とチャックからなる支持機構を用いるようにしてもよい。

次に、往復台１６について説明する。
往復台１６は、ワーク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、ワークＷの軸方向と直角の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Ｚ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、Ｚ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軸が設けられており、合計４軸制御の工作機械である。

図３は、刃物旋回台３０を示す。図４は、ベッド１０やサドル２６からカバー類を取り外した状態で刃物旋回台３０を示す図である。本実施形態による刃物旋回台３０は、旋回台本体３１を含む。

旋回台本体３１の内部には、主軸３４が設けられている。この主軸３４は、スラストブッシュ３５、ラジアルブッシュ３６により回転自在に支持されている。この実施形態では、これらスラストブッシュ３５、ラジアルブッシュ３６は、それぞれ主軸３４のスラスト荷重、ラジアル荷重を空気圧で支持する空気静圧軸受を構成している。空気静圧軸受の代わりに油静圧軸受にしてもよい。主軸３４には天板３２が連結され、この天板３２の上には、複数のバイトが取り付けられた刃物台３３が取り付けられている。

天板３２には、駆動軸３７が同軸に取り付けられている。この駆動軸３７にはサーボモータ３８のロータ３８ａが固定され、これにより、ステータ３８ｂともにビルトイン型のサーボモータ３８が旋回台本体３１の内部に組み込まれている。このサーボモータ３８により駆動軸３７が回転駆動されることにより、天板３２とともに刃物台３３が回転する。この実施形態では、エンコーダ３９によりサーボモータ３８の回転量をフィードバックして行う位置制御により、刃物台３３に取り付けられた任意の刃物を割り出すＢ軸が構成されている。そして、サーボモータ３８の制御により割出し軸であるＢ軸を構成することに加えて、サーボモータ３８により主軸３４を高速で回転させることができるようにもなっている。
刃物台３３の外周部には、周方向に所定の間隔でバイトホルダ４０が配置されており、このバイトホルダ４０には、ダイヤモンドバイトが着脱自在に取り付けられる。この実施形態では、縦溝加工用のダイヤモンドバイト４１が最大で４本、天板３２といっしょに刃物台３３を９０度ごとに旋回させることで割り出せるようになっているが、これに限定されるものではない。

なお、刃物台３３は主軸３４とともにサーボモータ３８により直接駆動されて高速で回転するので、刃物台３３には、１本の横溝加工用のダイヤモンドバイト４１ａのみを取り付けることにより、フライカッタースピンドル機構と同等のものとして利用することができる。この場合、ダイヤモンドバイト４１ａはＸ−Ｚ平面内で高速に旋回する（図６参照）。
以上のように構成される刃物旋回台３０は、図４に示すように、サドル２６の上面には、Ｖ形の凸条からなるＸ軸案内４０が延びており、このＸ軸案内面４０には、リテーナにより保持された多数のコロ４３が配列された転がり案内面が構成されている。同様に、往復台１６のサドル２６は、ベッド１０の上面のＺ軸案内４２により案内される。このＺ軸案内４２もコロ４３が配列された転がり案内面になっている。

なお、サドル２６を送るＺ軸送り駆動装置、刃物旋回台３０を搭載したテーブル２８を送るＸ軸送り駆動装置はともに、リニアモータから構成されている。参照番号４４は、Ｘ軸送り機構のリニアモータを構成する永久磁石列を示し、４５は、Ｚ軸案内面４２と平行に延びる永久磁石列を示す。
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。
まず、本実施形態の精密ロール旋盤の往復台１６に搭載された刃物旋回台３０の機能について説明する。

この刃物旋回台３０は、主軸３４が主軸本来の機能とＢ軸の割り出し軸を兼用しているので、刃物台３３を本来の使い方と、フライカッタースピンドル機構としての使い方とを適宜使い分けて複合的な加工を行うことができる。

そこで、以下のように使い分けることにより、ワークＷに対して縦溝（周方向の溝）を切削できるのはもちろん、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。

まず、ワークＷに縦溝を切削する加工について説明する。
縦溝の加工は、通常のロール旋盤の同様である。すなわち、刃物台３３のダイヤモンドバイト４１のうち使用するバイトをＢ軸で割出す。また、主軸台１２のサーボモータ２０でワークＷを回転させる。そして、テーブル２８をＸ軸方向に送り、ダイヤモンドバイト４１でワークＷに切込み、縦溝を旋削することができる。

図５に示すように、例えば、レンチキュラーレンズ成形用の金型に用いられるロールを加工する場合には、１本の縦溝５０を切削する毎に、溝幅分だけバイト４１をＺ軸方向に送りつつ縦溝を切削する。

これに対して、横溝を加工する場合には、刃物旋回台３０の刃物台３３には、１本だけフライカッターとして用いる横溝加工用のダイヤモンドバイト４１ａを装着しておく。他方、主軸台１２のＣ軸でワークＷの横溝を加工すべき周方向の位置を割り出す。

図６に示すように、刃物旋回台３０内部のサーボモータ３８を起動し、刃物台３３を高速で回転させ、ダイヤモンドバイト４１ａの刃先をＸ軸方向に切り込ませる。そして、刃物旋回台３０をＺ軸で送りながら横溝５２を切削する。これにより、刃物台３３のダイヤモンドバイト４１ａは、断続的にワークＷを切削し、横溝５２を創成していく。

刃物台３３は高速で回転しているので、ダイヤモンドバイト４１ａには理想の切削速度（約３００ｍ／分）を容易に与えることができる。このように、往復台１６の能力によって限界があるＺ軸送り速度とは無関係に、必要な切削速度で横溝を加工できるので、従来のように、往復台１６の送り速度に限界があって必要な切削速度が得られないため、横溝の精密な加工面が得られなかったという課題は克服される。

また、送り速度を限界近くまで高速にした従来のロール旋盤とは逆に、往復台１６のＺ軸送りは比較的低速で済ませることができるので、Ｚ軸のころがり案内面での発熱は抑制される。これにより、転がり案内による運動性能を活用しつつベッド１０やサドルの熱変形による加工精度の低下を防止することができる。

以上のようにして、本実施形態の精密ロール旋盤によれば、横溝、縦溝のいずれをも高精度に加工できるので、同じロールに縦溝と横溝を縦横に加工するといったロール加工も可能となる。例えば、クロスレンチキュラーレンズシート成形用の金型や、プリズムシート成形用の金型等、種々のレンズシート成形用の金型加工を実現できる。

なお、本実施形態の精密ロール旋盤では、以上説明した以外にも、刃物台３３を回転させることなく、割り出したダイヤモンドバイト４１ａを使って、往復台１６をＺ軸送りしながらワークＷに横溝を切削するプレーナ加工を行うこともできる。

本発明の一実施形態による精密ロール旋盤の側面図。 同精密ロール旋盤の平面図。 同精密ロール旋盤の往復台に設けられた刃物旋回台の断面図。 同刃物旋回台の斜視図。 本発明の精密ロール旋盤によるロールへの縦溝加工の説明図。 本発明の精密ロール旋盤によるロールへの横溝加工の説明図。

符号の説明

１０ ベッド
１２ 主軸台
１４ 心押台
１６ 往復台
１９ チャック
２０ サーボモータ
２６ サドル
２８ テーブル
３０ 刃物旋回台
３３ 刃物台
３４ 主軸
４１ ダイヤモンドバイト

Claims (4)

1. ベッドと、
   前記ベッド上に設置され、ロール形状のワークの一端をチャックで保持しながら該ワークに回転を与えるとともに、ワークの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ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、前記ワークの一端を回転自在に支持する心押台と、
   前記ワークの長手方向（Ｚ軸）を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、
   ワークの長手方向と直角の方向（Ｘ軸）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、前記ワークに周方向の縦溝を加工する縦溝加工用のバイトを１本以上、または記ワークに軸方向の横溝を加工する横溝加工用のフライカッターとして用いられるバイトを１本取り付け可能な刃物台を有する刃物旋回台と、を備え、
   前記刃物旋回台は、前記刃物台そのものを高速で回転させる主軸と、前記刃物台の刃物を割り出す割出し軸（Ｂ軸）と、を備えることを特徴とする精密ロール旋盤。
2. 前記刃物台と主軸は、フライカットスピンドル機構を構成することを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。
3. 前記刃物旋回台は、前記主軸を直接駆動するビルトイン式のサーボモータと、割出し制御のエンコーダとを備え、前記主軸が割出し軸を兼用す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. 前記往復台の送りを案内するＺ軸案内面は、前記ベッドの上面にＺ軸と平行に多数のローラが配列された転がり案内からなることを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。

Images