JP5198885B2 - 工作機械、およびワーク加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを加工する工作機械、およびワーク加工方法に関する。

従来、ワークを加工する機械として、いわゆるマシニングセンタと呼ばれる工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のものは、門型のコラムに両端が支持されたクロスレールを備えている。このクロスレールには、その長手方向（Ｙ方向）に沿って移動可能に支持されたサドルを介して、ラムがＺ方向に移動可能に設けられている。このラムには、主軸を介して工具が装着される。また、ラムの下方には、ワークが設置されるテーブルがＸ方向に移動可能に設けられている。
そして、テーブル、サドル、ラムをＸ，Ｙ，Ｚ方向に適宜移動させつつ、ワークを加工する構成が採られている。

特開２００３−１５４１号公報

ところで、上述したような特許文献１のようなワークを加工する構成では、取り付けられる主軸や工具が限定されてしまうため、微細な孔あけ加工などを実施するのが困難である。
このような微細加工において、高精度な加工を実現するためには、高精度で高安定な送り機構を適用することが有利である。そして、テーブル上に載置された複数のワークを微細加工したい場合、ナノメートル単位やピコメートル単位で移動可能なテーブルのストロークを長くして大型化することが考えられる。

しかしながら、テーブルのストロークを長くすると、剛性不足、あるいは慣性力やモーメントの増加の影響のため、高精度に加工できないおそれがある。さらに、加工に関係のない例えばワーク間の移動においてもナノメートル単位でテーブルが動くため、高精度加工の高速化を図れないおそれがある。

本発明の目的は、このような実情などに鑑みて、複数のワークの微細加工を高精度にかつ高速に実現可能な工作機械、およびワーク加工方法を提供することである。

本発明の工作機械は、複数のワークが載置されるワーク載置部と、前記ワークを微細加工する微細加工用工具を保持する第１の保持部と、この第１の保持部を前記ワーク載置部に対してマイクロメートル単位、ナノメートル単位、およびピコメートル単位の少なくともいずれか一つの単位で相対的に微動させる微動駆動部と、この微動駆動部を保持する第２の保持部と、この第２の保持部を前記ワーク載置部に対してミリメートル単位で相対的に粗動させる粗動駆動部と、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を相対的に微動させつつ前記ワークを微細加工し、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を前記複数のワーク間で相対的に粗動させる加工制御部と、を備え、前記加工制御部は、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を同一の前記ワーク内における離れた加工位置間で微動させることを特徴とする。

また、本発明のワーク加工方法は、複数のワークが載置されるワーク載置部と、前記ワークを微細加工する微細加工用工具を保持する第１の保持部と、この第１の保持部を前記ワーク載置部に対してマイクロメートル単位、ナノメートル単位、およびピコメートル単位の少なくともいずれか一つの単位で相対的に微動させる微動駆動部と、この微動駆動部を保持する第２の保持部と、この第２の保持部を前記ワーク載置部に対してミリメートル単位で相対的に粗動させる粗動駆動部と、を備えた工作機械を用いて、前記複数のワークを加工するワーク加工方法であって、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を相対的に微動させつつ前記ワークを微細加工し、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を前記複数のワーク間で相対的に粗動させ、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を同一の前記ワーク内における離れた加工位置間で微動させる加工制御工程を実施することを特徴とする。

ここで、微細加工としては、マイクロメートル単位、ナノメートル単位での孔あけ加工、切削加工などが例示できる。また、微細加工用工具としては、微細加工用や超音波切削用あるいは測定用のスピンドル、レーザ加工用のレーザヘッド、微粉末を除去するノズルなどが例示できる。
さらに、微動とは、マイクロメートル単位、ナノメートル単位、ピコメートル単位で相対移動させることを意味する。そして、粗動とは、ミリメートル単位で相対移動させることを意味する。
また、相対的な微動の方向あるいは粗動の方向としては、例えばワークに対して接離するＺ方向、互いに直交するとともにＺ方向に直交するＸ方向およびＹ方向のうち少なくともいずれか１つの方向が例示できる。そして、微動の方向と、粗動の方向とは、一致していてもよいし、一致していなくてもよいし、さらには、直交していてもよいし、直交していなくてもよい。
さらに、微細加工用工具で微細加工されるワークは、一般的に微細加工の対象として認識されている半導体や精密機械などの大きくても数ミリメートルのワークや、車両用、建築用、大型装置用などの小さくてもセンチメートル単位のワークなどが例示できる。

これらの発明によれば、微動駆動部の駆動により、微細加工用工具を相対的に微動させつつワークを微細加工するので、ワークを高精度に微細加工することができる。さらに、粗動駆動部の駆動により、微細加工用工具を相対的に粗動させて他のワークに移動させるので、微細加工用工具のワーク間における移動時間を短縮できる。そして、微細加工用工具をワーク間で粗動させるので、微動駆動部を構成し、マイクロメートル単位、ナノメートル単位、ピコメートル単位で移動可能な例えばテーブルのストロークを長くする必要がない。したがって、ストロークを長くすることに伴う剛性不足、慣性力やモーメントの増加の影響が生じることがなく、ワークの微細加工を高精度に実現できる。
以上のことから、複数のワークの微細加工を高精度にかつ高速に実現可能な工作機械、ワーク加工方法を提供できる。
また、これらの発明によれば、微細加工用工具を同一のワーク内における複数の加工位置間で微動させることで、加工位置間の距離が数マイクロメートルなどであり、極めて小さい場合でも、高精度に加工することができる。

本発明の工作機械では、前記微動駆動部は、前記第１の保持部を、前記ワーク載置部に接離するＺ方向、前記Ｚ方向と直交するＹ方向、ならびに、前記Ｚ方向および前記Ｙ方向と直交するＸ方向へ、前記ワーク載置部に対して相対的に微動させ、前記粗動駆動部は、前記第２の保持部を、前記Ｚ方向、前記Ｙ方向および前記Ｘ方向へ前記ワーク載置部に対して相対的に粗動させ、前記加工制御部は、前記微細加工用工具を、前記Ｚ方向に、前記加工位置に対して相対的に近づける際および遠ざける際に、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を粗動させる構成が好ましい。

本発明の工作機械では、前記第２の保持部は、前記第１の保持部および前記微動駆動部を有する工作機械用アタッチメント、または、前記ワークを大型加工する大型加工用工具を着脱可能に保持する構成が好ましい。

ここで、大型加工としては、センチメートル単位、ミリメール単位での孔あけ加工、切削加工などが例示できる。また、大型加工用工具としては、孔明け用や切削用あるいは測定用のスピンドル、微粉末を除去するノズルなどが例示できる。

この発明によれば、工作機械により、微細加工用工具を用いた微細加工と、大型加工用工具を用いた大型加工との両方の加工を実施することができ、工作機械の汎用性が向上する。

本発明の工作機械では、前記第２の保持部で保持された前記工作機械用アタッチメントおよび前記大型加工用工具のうち一方を他方に交換する保持交換部を備えた構成が好ましい。

この発明によれば、作業者に工作機械用アタッチメントや大型加工用工具を第２の保持部に取り付ける作業を実施させることがないので、安全に加工用工具を交換できる。

本発明の工作機械では、前記第２の保持部は、クランプ機構により前記工作機械用アタッチメントまたは前記大型加工用工具を着脱可能に保持する構成が好ましい。

この発明によれば、第２の保持部で工作機械用アタッチメントまたは大型加工用工具を着脱可能に保持する構成として、クランプ機構を適用しているので、簡単な構造で容易に着脱させることができる。

本発明の工作機械では、前記加工制御部は、前記第２の保持部で前記大型加工用工具が保持された状態から前記工作機械用アタッチメントが保持された状態へ移行したことを認識すると、前記微動駆動部を制御して前記第１の保持部を基準位置に位置させる構成が好ましい。

この発明によれば、大型加工用工具に換えて新たに工作機械用アタッチメントが配置されたときに、第１の保持部を基準位置に移動させるので、微動駆動部の制御開始位置を必ず基準位置にすることができ、微動駆動部の制御を容易にできる。

以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

［工作機械の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る工作機械の概略構成を示す斜視図、図２は、工作機械用アタッチメントの概略構成を示す側面図、図３は、工作機械用アタッチメントの概略構成を示す斜視図、図４は、コントローラの概略構成を示すブロック図、図５は、微細加工用工具の移動速度制御を説明するための図である。

図１に示すように、工作機械１は、いわゆる門型のマシニングセンタであり、半導体や精密機械などの大きくても数ミリメートルのワークＷｎ（ｎは自然数）や、車両用、建築用、大型装置用などの小さくてもセンチメートル単位の複数のワークＷｎを微細加工（パッチ加工）することで、微細加工物を製造する。また、ワークＷｎを大型加工する。
この工作機械１は、ワークＷｎを大型加工する大型加工用工具２と、この大型加工用工具２をワークＷｎに対して相対的に粗動させる粗動駆動部３と、この粗動駆動部３に着脱可能に取り付けられる主軸４と、ワークＷｎを微細加工する微細加工用工具５と、この微細加工用工具５が取り付けられるとともに主軸４に着脱可能に取り付けられる工作機械用アタッチメント６と、粗動駆動部３で着脱可能に保持される主軸４、この主軸４で着脱可能に保持される大型加工用工具２および工作機械用アタッチメント６とを交換する保持交換部７と、工作機械１全体を制御するコントローラ８（図４参照）と、を備えている。

大型加工用工具２は、例えばミリメートル単位での孔あけ加工を実施するスピンドルであり、粗動駆動部３により着脱可能に保持される。この大型加工用工具２には、粗動駆動部３で保持されるための構成である、例えば略円錐台形状のテーパシャンク部２１と、このテーパシャンク部２１の先端に設けられた略棒状のプルスタッド２２と、テーパシャンク部２１の基端に設けられた大型工具位置決め突部（不図示）と、が設けられている。また、大型加工用工具２には、この大型加工用工具２を駆動する大型加工駆動機構２４（図４参照）が設けられている。この大型加工駆動機構２４は、大型加工用工具２が粗動駆動部３で保持された際に、図４の二点鎖線で示すようにコントローラ８に電気的に接続され、このコントローラ８の制御により駆動する。

粗動駆動部３は、水平面内の一方向であるＸ方向に沿ったＸ駆動軸を有するＸ粗動駆動機構３１と、水平面内でＸ方向に直交する方向であるＹ方向に沿ったＹ駆動軸を有するＹ粗動駆動機構３２と、Ｘ方向およびＹ方向に直交するＺ方向に沿ったＺ駆動軸を有するＺ粗動駆動機構３３と、を備えている。

なお、このように各粗動駆動機構３１，３２，３３の駆動軸方向によって規定される座標系をマシン座標系とする。以後の説明では、必要に応じて、このマシン座標系に従って方向を説明する。

Ｘ粗動駆動機構３１は、Ｘ方向に沿ったＸ駆動ガイド軸３１１と、このＸ駆動ガイド軸３１１によってＸ方向へスライド移動可能にガイドされるとともにワークＷｎが載置されるワーク載置部としてのテーブル面３１３を上面に有するＸスライダ３１２と、を備えている。

Ｙ粗動駆動機構３２は、Ｘ粗動駆動機構３１を間にしてＹ方向に沿った両側から立設された二本のコラム３２１と、Ｘスライダ３１２から所定の高さをもつとともにＹ方向に沿ってコラム３２１に架設されたＹ駆動ガイド軸３２２と、Ｙ駆動ガイド軸３２２に沿ってスライド移動可能にガイドされたＹスライダ３２３と、を備えている。

Ｚ粗動駆動機構３３は、筒軸をＺ方向に有する筒状に形成されたＹスライダ３２３の内周においてＺ方向に沿って設けられたＺ駆動ガイド軸３３１と、Ｙスライダ３２３からＸスライダ３１２に載置されたワークＷｎに向けてＺ駆動ガイド軸３３１に沿ってスライド可能にガイドされたＺスライダ３３２と、を備えている。

各粗動駆動機構３１，３２，３３は、それぞれ独立して動力源（不図示）および動力源の動力をスライダに伝達する動力伝達機構（不図示）を備えている。この駆動源は、コントローラ８により制御される。そして、動力伝達機構によって駆動源の動力が各スライダ３１２，３２３，３３２に向けて伝達されて、各スライダ３１２，３２３，３３２が移動する。なお、動力源としてはリニアモータや回転子を有するモータなどの種々のモータを利用することができる。また、動力伝達機構としては、リニアモータの摺動子をスライダ３１２，３２３，３３２に取り付けた構成や、回転子に接続されたボールねじにスライダ３１２，３２３，３３２を螺合させた構成が例として挙げられる。

主軸４は、Ｚスライダ３３２の下端側に着脱可能な首振り主軸４１および普通主軸４２から構成されている。
首振り主軸４１は、主軸基端部４１１と、主軸先端部４１２と、主軸先端部４１２を主軸基端部４１１に対してＹＺ平面上で揺動可能に支持する首振り軸４１３と、を備えている。また、普通主軸４２は、主軸本体４２１を備えている。

首振り主軸４１における主軸基端部４１１の上端および普通主軸４２における主軸本体４２１の上端と、Ｚスライダ３３２の下端とには、これらを着脱可能にする着脱機構（不図示）が設けられている。この着脱機構としては、クランプ機構、ドローバなどを適用できる。
また、首振り主軸４１の主軸先端部４１２の下端には、図２に示すように、大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を着脱可能に保持する第２の保持部としての工具取付部４１５が設けられている。この工具取付部４１５は、いわゆるクランプ機構により構成され、主軸先端部４１２の上端に向かうにしたがって縮径する略円錐状に形成されたテーパ孔４１５Ａと、このテーパ孔４１５Ａの上端側に設けられ大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を着脱可能に把持するコレクトチャック４１５Ｂと、主軸先端部４１２の下端面におけるテーパ孔４１５Ａの一縁に設けられた位置決め溝部４１５Ｃと、を備えている。この工具取付部４１５は、普通主軸４２の主軸本体４２１の下端にも設けられている。
なお、工具取付部４１５で大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を保持する動作については、後述する。

微細加工用工具５は、例えばナノメートル単位での孔あけ加工を実施するスピンドルであり、工作機械用アタッチメント６により着脱可能に保持される。この微細加工用工具５には、図２に示すように、工作機械用アタッチメント６で保持されるための構成である、テーパシャンク部５１と、プルスタッド５２と、位置決め突部（不図示）と、が設けられている。また、微細加工用工具５には、この微細加工用工具５を駆動する微細加工駆動機構５４（図４参照）が設けられている。この微細加工駆動機構５４は、工作機械用アタッチメント６が主軸４で保持された際に、図４の実線で示すようにコントローラ８に電気的に接続され、このコントローラ８の制御により駆動する。

工作機械用アタッチメント６は、主軸４で保持された際に、図４の実線で示すように電気的にコントローラ８に接続される。この工作機械用アタッチメント６は、図２および図３に示すように、Ｘ微動駆動機構６１と、Ｙ微動駆動機構６２と、Ｘ微動原点センサ６３（図４参照）と、Ｙ微動原点センサ６４（図４参照）と、を備えている。なお、各微動駆動機構６１，６２は、本発明の微動駆動部を構成している。

Ｘ微動駆動機構６１は、微細加工用工具５をＸ方向に例えばナノメートル単位で微動させる。このＸ微動駆動機構６１は、主軸４の工具取付部４１５により保持される連結テーブル６１１と、この連結テーブル６１１と対向する状態で設けられるＸテーブル６１２と、連結テーブル６１１におけるＸテーブル６１２と対向する面に設けられた一対のＸガイドレール６１３と、これら一対のＸガイドレール６１３に摺動可能に設けられるとともにＸテーブル６１２に固定されたＸ摺接保持部６１４と、Ｘテーブル６１２を連結テーブル６１１に対してＸ方向に移動させるＸリニアモータ６１５と、を備えている。

連結テーブル６１１は、工具取付部４１５で保持されるための構成として、大型加工用工具２と同一のものを備えている。すなわち、連結テーブル６１１は、テーパシャンク部６１１Ａと、プルスタッド６１１Ｂと、アタッチメント位置決め突部６１１Ｃと、を有するアタッチメント側取付部６１１Ｄを備えている。

Ｘガイドレール６１３は、断面略Ｔ字状に形成されている。また、Ｘ摺接保持部６１４は、Ｘガイドレール６１３に対応する断面略Ｔ字状の溝部を有し、直列状に設けられた２個ずつの部材により構成されている。
Ｘリニアモータ６１５は、連結テーブル６１１における一対のＸガイドレール６１３の間にＸ方向に沿って設けられたＸ固定子６１５Ａと、このＸ固定子６１５Ａに対して隙間を隔ててＸテーブル６１２に設けられたＸ可動子６１５Ｂと、を備えている。

Ｙ微動駆動機構６２は、微細加工用工具５をＹ方向に例えばナノメートル単位で微動させる。このＹ微動駆動機構６２は、Ｘテーブル６１２と対向する状態で設けられるＹテーブル６２１と、このＸテーブル６１２におけるＹテーブル６２１と対向する面に設けられた一対のＹガイドレール６２２と、これら一対のＹガイドレール６２２に摺動可能に設けられるとともにＹテーブル６２１に固定されたＹ摺接保持部６２３と、Ｙテーブル６２１をＸテーブル６１２に対してＹ方向に移動させるＹリニアモータ６２４と、を備えている。

Ｙテーブル６２１は、微細加工用工具５を着脱可能に保持するための構成として、第１の保持部としての微細加工用工具取付部６２５を備えている。この微細加工用工具取付部６２５は、工具取付部４１５と同様の構成を有し、略円錐状のテーパ孔６２５Ａと、コレクトチャック６２５Ｂと、位置決め溝部（不図示）と、を備えている。
そして、微細加工用工具取付部６２５は、微細加工用工具５のテーパシャンク部５１をテーパ孔６２５Ａに嵌合させるとともに位置決め突部を位置決め溝部に嵌合させることで、微細加工用工具５をＹテーブル６２１に対して位置決めし、プルスタッド５２をコレクトチャック６２５Ｂで把持することで、微細加工用工具５を着脱可能に保持する。なお、図２では、構成を理解しやすいように、テーパシャンク部５１と、テーパ孔６２５Ａと、を離して示しているが、実際には密接している。

Ｙガイドレール６２２およびＹ摺接保持部６２３は、Ｘガイドレール６１３およびＸ摺接保持部６１４と同様の構成を有している。
Ｙリニアモータ６２４は、Ｘテーブル６１２における一対のＹガイドレール６２２の間にＹ方向に沿って設けられたＹ固定子６２４Ａと、このＹ固定子６２４Ａに対して隙間を隔ててＹテーブル６２１に設けられたＹ可動子（不図示）と、を備えている。

Ｘ，Ｙ微動原点センサ６３，６４は、例えばリニアセンサであり、連結テーブル６１１と、Ｘテーブル６１２と、にそれぞれ設けられている。このＸ，Ｙ微動原点センサ６３，６４は、Ｘ，Ｙテーブル６１２，６２１の位置を検出し、この検出した位置に関する信号をコントローラ８へ出力する。

そして、工作機械用アタッチメント６は、連結テーブル６１１のテーパシャンク部６１１Ａがテーパ孔４１５Ａに嵌合されるとともに、位置決め突部６１１Ｃが位置決め溝部４１５Ｃに嵌合することで主軸４に対して位置決めされ、プルスタッド６１１Ｂがコレクトチャック４１５Ｂで把持されることで、工具取付部４１５で着脱可能に保持される。なお、図２では、構成を理解しやすいように、テーパシャンク部６１１Ａと、テーパ孔４１５Ａと、を離して示しているが、実際には密接している。また、大型加工用工具２も工作機械用アタッチメント６と同様の機構により、工具取付部４１５で保持される。

保持交換部７は、図１に示すように、Ｘ駆動ガイド軸３１１とコラム３２１で構成される隅部に設けられている。この保持交換部７は、略四角箱状の交換本体７１と、この交換本体７１の上面７１１上に設けられた４個のパレット７２Ａ〜７２Ｄと、保持交換部７を駆動する交換駆動機構７４（図４参照）と、を備えている。

交換本体７１の上面７１１におけるＸ駆動ガイド軸３１１に隣接する側縁側の領域は、パレット７２Ａ〜７２ＤがＸ方向に往復移動可能なパレット移動領域７１１Ａとされている。また、このパレット移動領域７１１Ａに対してＸ駆動ガイド軸３１１と反対側の領域は、パレット７２Ａ〜７２Ｄが待機するパレット待機領域７１１Ｂとされている。さらに、パレット移動領域７１１Ａにおけるコラム３２１近傍の領域は、パレット交換領域７１１Ｃとされている。
パレット７２Ａには首振り主軸４１が、パレット７２Ｂには普通主軸４２が、パレット７２Ｃには大型加工用工具２が、パレット７２Ｄには工作機械用アタッチメント６が着脱可能に保持される。
交換駆動機構７４は、Ｚスライダ３３２で保持された主軸４や、主軸４で保持された大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を交換する際に、パレット７２Ａ〜７２Ｄをパレット待機領域７１１Ｂ、パレット移動領域７１１Ａ、パレット交換領域７１１Ｃとの間で往復移動させる。

コントローラ８は、図４に示すように、粗動駆動部３および交換駆動機構７４に電気的に接続されている。また、主軸４で工作機械用アタッチメント６が保持された場合に工作機械用アタッチメント６および微細加工駆動機構５４と、大型加工用工具２が保持された場合に大型加工用工具２と、電気的に接続される。そして、コントローラ８は、粗動制御部８１と、微動制御部８２と、全体制御部８３と、を備えている。

粗動制御部８１は、全体制御部８３の制御に基づき、粗動駆動部３の各粗動駆動機構３１，３２，３３の駆動量を例えばミリメートル単位で制御する。例えば、粗動制御部８１は、電流を各粗動駆動機構３１，３２，３３に流して、各粗動駆動機構３１，３２，３３の駆動量を制御する。
微動制御部８２は、全体制御部８３の制御に基づき、工作機械用アタッチメント６の各微動駆動機構６１，６２に所定の電流を流して、各微動駆動機構６１，６２の駆動量を例えばナノメートル単位で制御する。

全体制御部８３は、いわゆるＧコードやＭコードを用いたプログラムにより構成され、交換制御部８３１と、加工制御部８３２と、を備えている。

交換制御部８３１は、Ｚスライダ３３２で保持された首振り主軸４１および普通主軸４２を交換したり、主軸４で保持された大型加工用工具２および工作機械用アタッチメント６を交換する。
具体的には、交換制御部８３１は、例えば図１に示すように、首振り主軸４１で保持された工作機械用アタッチメント６を保持交換部７で保持された大型加工用工具２に交換する場合、交換駆動機構７４を制御して、矢印Ｆ１に示すようにパレット待機領域７１１Ｂのパレット７２Ｄをパレット交換領域７１１Ｃまで移動させる。さらに、Ｙスライダ３２３を、Ｚスライダ３３２がパレット交換領域７１１Ｃの上方に位置する（２点鎖線で示す位置）まで移動させ、Ｚスライダ３２３を−Ｚ方向（下方）へ移動させることで、パレット７２Ｄに工作機械用アタッチメント６を保持させる。さらに、Ｚスライダ３３２を＋Ｚ方向（上方）へ移動させ、工具取付部４１５のコレクトチャック４１５Ｂを開かせてプルスタッド６１１Ｂの把持を解除させることで、工具取付部４１５による工作機械用アタッチメント６の保持を解除する。

また、交換制御部８３１は、パレット７２Ｄをパレット待機領域７１１Ｂまで戻した後に、パレット７２Ｃをパレット交換領域７１１Ｃまで移動させる。そして、Ｚスライダ３３２を−Ｚ方向へ移動させることで、大型加工用工具２のテーパシャンク部２１を工具取付部４１５のテーパ孔４１５Ａに嵌合させる。そして、さらにＺスライダ３３２を−Ｚ方向へ移動させ、プルスタッド２２をコレクトチャック４１５Ｂにより把持させつつ、位置決め突部を位置決め溝部４１５Ｃに嵌合させることで、工具取付部４１５で大型加工用工具２を保持させる。また、大型加工用工具２が保持されたら、Ｚスライダ３３２を＋Ｚ方向へ移動させる。
以上により、交換処理が終了する。

加工制御部８３２は、例えば作業者によりワークＷｎの加工条件が設定されると、この加工条件に基づいて粗動制御部８１、大型加工駆動機構２４、微動制御部８２、および、微細加工駆動機構５４を制御する。

具体的には、加工制御部８３２は、大型加工用工具２を用いて大型加工をする旨の条件が設定された場合、粗動制御部８１および大型加工駆動機構２４を制御して、大型加工用工具２をミリメートル単位で適宜移動させつつワークＷｎを大型加工する。

また、加工制御部８３２は、微細加工用工具５を用いて、例えば図１に示すようなワークＷ１〜Ｗ６を微細加工する旨の条件が設定された場合、以下のような制御をする。

すなわち、加工制御部８３２は、微細加工用工具５を、以下のケースＨ１〜Ｈ３のように移動させる場合には、粗動制御部８１を介して各粗動駆動機構３１，３２，３３を制御して、ミリメートル単位でＸ，Ｙ，Ｚ方向に粗動させる。
＜ケースＨ１（図５に矢印Ｈ１で示す）＞
ワークＷｎの加工位置（ワークＷ２〜Ｗ４の加工位置Ｐ２１〜Ｐ２４，Ｐ３１〜Ｐ３４，Ｐ４１〜Ｐ４４）まで近づけるために、Ｚ方向に移動させるとき。
＜ケースＨ２（図５に矢印を図示せず）＞
加工位置を微細加工するために、Ｚ方向に移動させるとき。
＜ケースＨ３（図５に矢印Ｈ３で示す＞
ワークＷｎ間の移動のために、Ｘ，Ｙ方向に移動させるとき。

さらに、加工制御部８３２は、微細加工用工具５を、以下のケースＢ１〜Ｂ２のように移動させる場合には、微動制御部８２を介して各微動駆動機構６１，６２を制御して、ナノメートル単位でＸ，Ｙ方向に微動させる。
＜ケースＢ１（図５に矢印Ｂ１で示す）＞
加工位置を微細加工するために、Ｘ，Ｙ方向に移動させるとき。
＜ケースＢ２（図５に矢印Ｂ２で示す）＞
同一ワークＷｎにおける加工位置間でＸ，Ｙ方向に移動させるとき。
なお、加工制御部８３２における他の動作については、後述する。

［工作機械の動作］
次に、工作機械１の動作として、微細加工物の製造動作を説明する。
図６は、微細加工物の製造動作を示すフローチャートである。なお、以下の動作の説明において、微細加工用工具５を工具５と、工作機械用アタッチメント６をアタッチメント６と省略して説明する。

まず、コントローラ８の加工制御部８３２は、図６に示すように、アタッチメント６へ交換されたことを認識すると（ステップＳ１）、アタッチメント６とコントローラ８とを制御可能に接続（サーボオン）して（ステップＳ２）、両者の接続が解除されている旨の設定をオフ（サーボデリートオフ）にする（ステップＳ３）。
次に、加工制御部８３２は、工具取付部４１５を基準位置へ移動させ、Ｘ，Ｙテーブル６１２，６２１の原点（リニア原点）を確立する（ステップＳ４）。具体的には、各微動原点センサ６３，６４からＸ，Ｙテーブル６１２，６２１の位置に関する信号を取得する。そして、この信号に基づいて、各微動駆動機構６１，６２を制御して、Ｘ，Ｙテーブル６１２，６２１を±Ｘ，Ｙ方向へ移動させることで、工具取付部４１５を基準位置に位置させる。

次に、加工制御部８３２は、各粗動駆動機構３１，３２，３３と、各微動駆動機構６１，６２との座標を関連付けて（第２座標系を設定して）（ステップＳ５）、工具５を最初に加工するワークＷ１の最初の加工位置の上方（ワーク原点）へ移動させる（ステップＳ６）。そして、工具５を例えば回転駆動させる（ステップＳ７）。

そして、加工制御部８３２は、Ｚ方向に粗動させて最初の加工位置まで移動させる（ステップＳ８：ケースＨ１）。この後、工具５をＸ，Ｙ方向に微動させ、Ｚ方向に粗動させつつ加工位置を微細加工して（ステップＳ９：ケースＢ１，Ｈ１）、微細加工が終了したらＺ方向に粗動させて加工位置から離す（ステップＳ１０：ケースＨ１）。そして、加工制御部８３２は、同一ワークＷｎ内に次の加工位置があるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

このステップＳ１１において、同一ワークＷｎ内に次の加工位置があると判断した場合、工具５をＸ（Ｙ）方向に微動させて次の加工位置上方まで移動させ（ステップＳ１２：ケースＢ２）、ステップＳ８に戻る。
一方、ステップＳ１１において、同一ワークＷｎ内に次の加工位置がないと判断した場合、次のワークＷｎがあるか否かを判断して（ステップＳ１３）、ワークＷｎがない場合、処理を終了する。また、ステップＳ１３において、次のワークＷｎがあると判断した場合、工具５をＸ（Ｙ）方向に粗動させて次のワークＷｎの最初の加工位置上方まで移動させ（ステップＳ１４：ケースＨ３）、ステップＳ８に戻る。
以上の工程により、微細加工物が製造される。

［実施形態の作用効果］
以上の工作機械１によれば、以下の作用効果が期待できる。

（１）工作機械１に、微細加工用工具５をワークＷｎに対してＸ，Ｙ方向に微動させる各微動駆動機構６１，６２と、この各微動駆動機構６１，６２を有する工作機械用アタッチメント６をワークＷｎに対してＸ，Ｙ，Ｚ方向に粗動させる粗動駆動部３と、を設けている。そして、微細加工用工具５を微動させつつワークＷｎを微細加工して、微細加工用工具５を粗動させてワークＷｎ間を移動させる。
このため、ワークＷｎの微細加工時に微細加工用工具５を微動させるので、高精度な微細加工を実現できる。さらに、微細加工用工具５を粗動させてワークＷｎ間で移動させるので、この移動時間を短縮できる。そして、微細加工用工具５をワークＷｎ間で粗動させるので、ナノメートル単位で移動可能なＸ，Ｙテーブル６１２，６２１のストロークを長くする必要がない。したがって、ストロークを長くすることに伴う剛性不足、慣性力やモーメントの増加の影響が生じることがなく、ワークＷｎの微細加工を高精度に実現できる。
また、上記の制御でワークＷｎを加工することで、高精度に微細加工され、かつ、大量生産を容易に実現できる微細加工物を提供することができる。

（２）微細加工用工具５を同一ワークＷｎ内における複数の加工位置間で微動させているので、加工位置間の距離が数マイクロメートルなどであり、極めて小さい場合でも、ワークＷｎを高精度に加工することができる。

（３）工具取付部４１５で工作機械用アタッチメント６または大型加工用工具２を着脱可能に保持する構成としているので、工作機械１により、微細加工用工具５を用いた微細加工と、大型加工用工具２を用いた大型加工との両方の加工を実施することができ、工作機械１の汎用性を向上させることができる。

（４）工作機械１に、工具取付部４１５で保持された工作機械用アタッチメント６を大型加工用工具２に交換する保持交換部７を設けている。
このため、作業者に大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を工具取付部４１５に取り付ける作業を実施させることがないので、安全に加工用工具を交換できる。

（５）工具取付部４１５として、コレクトチャック４１５Ｂで大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６のプルスタッド２２，６１１Ｂを把持するクランプ機構を適用しているので、簡単な構造で容易に大型加工用工具２や工作機械用アタッチメント６を着脱できる。

（６）加工制御部８３２により、工具取付部４１５で工作機械用アタッチメント６が保持された状態へ移行したことを認識すると、Ｘ，Ｙテーブル６１２，６２１の原点を確立する。
このため、Ｘ，Ｙテーブル６１２，６２１の制御開始位置を必ず原点位置にすることができ、コントローラ８による各微動駆動機構６１，６２の制御を容易にできる。

［変形例］
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。

すなわち、大型加工用工具２を工具取付部４１５で保持可能な構成としたが、例えば工具取付部４１５に隣接する位置に大型加工用工具２のみを着脱可能に保持する構成を設けるとともに、工具取付部４１５を工作機械用アタッチメント６のみを保持可能な構成としてもよい。

また、工作機械用アタッチメント６の各構成６１〜６４を、粗動駆動部３に着脱不可能に固定してもよい。この着脱不可能に固定した構成では、微細加工用工具取付部６２５に微細加工用工具５のみを装着可能にしてもよいし、大型加工用工具２および微細加工用工具５を着脱可能にしてもよい。
各構成６１〜６４と粗動駆動部３とを着脱不可能にするとともに、微細加工用工具取付部６２５に大型加工用工具２または微細加工用工具５を着脱可能に保持させる構成とすれば、大型加工用工具２や微細加工用工具５と比べて故障や破損する可能性が高い各構成６１〜６４を交換する必要がなくなる。また、大型加工用工具２や微細加工用工具５は、広く流通しているものであり、故障したとしても容易に入手できる。したがって、工作機械１の故障による操業不可能な期間を最小限に抑えることができる。

また、保持交換部７やＸ，Ｙテーブル６１２，６２１の原点確立機能を設けなくてもよい。
そして、工具取付部４１５として、いわゆるドローバを適用してもよい。さらには、ボルトや磁石などを適用してもよい。
さらに、微細加工用工具５を同一ワークＷｎ内における加工位置間でＸ，Ｙ方向に移動させるとき（ケースＢ２）に、粗動させてもよい。このような構成にすれば、微細加工のさらなる高速化を図ることができる。
また、微動駆動部をＺ方向へ相対的に微動可能な構成として、加工位置を微細加工するために微細加工用工具５をＺ方向に移動させるとき、微動させてもよい。このような構成にすれば、さらに高精度な微細加工を実現できる。

さらに、粗動駆動部３をワークＷｎに対してＸ，Ｙ，Ｚ方向のうち２つまたは１つの方向のみへ相対移動可能な構成としてもよいし、微動駆動部をワークＷｎに対してＸ方向またはＹ方向のみへ相対移動可能な構成としてもよい。
そして、本発明を例えば特開２００４−３４１６８号公報に記載の５軸制御機械に適用してもよい。

その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。

本発明は、ワークを加工する工作機械、およびワーク加工方法に利用できる。

本発明の一実施形態に係る工作機械の概略構成を示す斜視図。 工作機械用アタッチメントの概略構成を示す側面図。 工作機械用アタッチメントの概略構成を示す斜視図。 コントローラの概略構成を示すブロック図。 微細加工用工具の移動速度制御を説明するための図。 微細加工物の製造動作を示すフローチャート。

符号の説明

１…工作機械
２…大型加工用工具
３…粗動駆動部
５…微細加工用工具
６…工作機械用アタッチメント
７…保持交換部
６１，６２…微動駆動部を構成するＸ，Ｙ微動駆動機構
３１３…ワーク載置部としてのテーブル面
４１５…第２の保持部としての工具取付部
６２５…第１の保持部としての微細加工用工具取付部
８３２…加工制御部
Ｗｎ…ワーク

Claims (7)

1. 複数のワークが載置されるワーク載置部と、
   前記ワークを微細加工する微細加工用工具を保持する第１の保持部と、
   この第１の保持部を前記ワーク載置部に対してマイクロメートル単位、ナノメートル単位、およびピコメートル単位の少なくともいずれか一つの単位で相対的に微動させる微動駆動部と、
   この微動駆動部を保持する第２の保持部と、
   この第２の保持部を前記ワーク載置部に対してミリメートル単位で相対的に粗動させる粗動駆動部と、
   前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を相対的に微動させつつ前記ワークを微細加工し、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を前記複数のワーク間で相対的に粗動させる加工制御部と、を備え、
   前記加工制御部は、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を同一の前記ワーク内における離れた加工位置間で微動させる
   ことを特徴とする工作機械。
2. 請求項１に記載の工作機械において、
   前記微動駆動部は、前記第１の保持部を、前記ワーク載置部に接離するＺ方向、前記Ｚ方向と直交するＹ方向、ならびに、前記Ｚ方向および前記Ｙ方向と直交するＸ方向へ、前記ワーク載置部に対して相対的に微動させ、
   前記粗動駆動部は、前記第２の保持部を、前記Ｚ方向、前記Ｙ方向および前記Ｘ方向へ前記ワーク載置部に対して相対的に粗動させ、
   前記加工制御部は、前記微細加工用工具を、前記Ｚ方向に、前記加工位置に対して相対的に近づける際および遠ざける際に、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を粗動させる
   ことを特徴とする工作機械。
3. 請求項１または請求項２に記載の工作機械において、
   前記第２の保持部は、前記第１の保持部および前記微動駆動部を有する工作機械用アタッチメント、または、前記ワークを大型加工する大型加工用工具を着脱可能に保持する
   ことを特徴とする工作機械。
4. 請求項３に記載の工作機械において、
   前記第２の保持部で保持された前記工作機械用アタッチメントおよび前記大型加工用工具のうち一方を他方に交換する保持交換部を備えた
   ことを特徴とする工作機械。
5. 請求項３または請求項４に記載の工作機械において、
   前記第２の保持部は、クランプ機構により前記工作機械用アタッチメントまたは前記大型加工用工具を着脱可能に保持する
   ことを特徴とする工作機械。
6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の工作機械において、
   前記加工制御部は、前記第２の保持部で前記大型加工用工具が保持された状態から前記工作機械用アタッチメントが保持された状態へ移行したことを認識すると、前記微動駆動部を制御して前記第１の保持部を基準位置に位置させる
   ことを特徴とする工作機械。
7. 複数のワークが載置されるワーク載置部と、
   前記ワークを微細加工する微細加工用工具を保持する第１の保持部と、
   この第１の保持部を前記ワーク載置部に対してマイクロメートル単位、ナノメートル単位、およびピコメートル単位の少なくともいずれか一つの単位で相対的に微動させる微動駆動部と、
   この微動駆動部を保持する第２の保持部と、
   この第２の保持部を前記ワーク載置部に対してミリメートル単位で相対的に粗動させる粗動駆動部と、を備えた工作機械を用いて、前記複数のワークを加工するワーク加工方法であって、
   前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を相対的に微動させつつ前記ワークを微細加工し、前記粗動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を前記複数のワーク間で相対的に粗動させ、前記微動駆動部を駆動させることで前記微細加工用工具を同一の前記ワーク内における離れた加工位置間で微動させる加工制御工程を実施する
   ことを特徴とするワーク加工方法。