JPS60263634A - 高精度工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコン、フェライト等の脆性材料からなる
被加工物を超精密に切断するスライサ、或いは、小形型
彫盤、精密平面研削盤等の高精度工作機械に係り、特に
、その主軸ヘッドを有するラムの案内構造の改良に関す
る。

［背景技術とその問題点］ 従来、前述のような高精度工作機械において、主軸ヘッ
ドを有するラムを可動型とした場合、ラムの案内構造は
、油静圧案内或いは油動圧案内とされるのが一般である
。これは、空気静圧案内では、その案内面の剛性の関係
でラムのだおれ方向の支持が行えず、かつ、単なるころ
がり軸受では、振動の減衰性の問題で必ずしも精度的に
十分でないと考えられていたからである。

しかし、油静圧案内の場合は、袖の循環の処理が面倒で
あり、かつ、油の供給に基づく発熱およびラムの駆動に
基づく発熱が生じ、この熱によって部分的に熱変形が生
じて高精度が保てなくなるという問題点がある。一方、
油静圧のみの場合は、かなり高精度な加工が必要となり
、かつ、ラムの長さが長いことから、この加工費が高額
となって製作コスト上不利であるばかりでなく、ラムが
鉛直方向に案内されることから、案内面に隙間が生じ易
く、この隙間の存在によりラム、ひいては主軸ヘッドの
スピンドルが傾いて高精度が維持できなくなるという問
題点がある。

従って、製作コストがあまり高くなく、かつ、高精度を
維持できるラムの案内構造が望まれている。

［発明の目的］ 本発明の目的は、ラム駆動型の高精度工作機械において
、ラムを高精度に案内できるとともに、製作コストがあ
まり高くない案内構造を提供するにある。

Ｅ問題点を解決するための手段および作用コ本発明は、
ラムの移動方向に沿った対向面にそれぞれ移動方向に延
長された突条を形成するとともに、この各突条の外形を
形成する平行案内面をころがり軸受で受けて軸受面での
隙間をなくし、かつ、この突条の平行案内面とは異なる
ラムの適宜な面を滑り軸受で受けてころがり軸受では減
衰させにくい振動を滑り軸受で減衰させるようにし、こ
れにより、大輻なコスト上昇を伴うことなく、高精度な
案内を可能にして前記目的を達成しようとするものであ
る。

［実施例］ 以下、本発明を脆性材料の超精密切断または溝加工を行
うスライサに適用した一実施例を図面に基づいて説明す
る。

全体の゛概略構成を示す第１図において、一体筒型構造
のベッド１０上にはサドル３０が水平面内の所定方向即
ちＹ軸方向に移動自在に載置されている。前記ベッド１
０の上面には、所定間隔を離して２条のＶ溝１１が前記
Ｙ軸方向に精密な直線状に形成されるとともに、これら
の２条のＶ溝ｌｌの中間にサドル３０をＹ軸方向に移動
させるための送りねじ軸配置用の溝１２が同じくＹ軸方
向に形成されている。ｔた、前記サドル３０の下面には
、前記２条のＶ溝１１にそれぞれ係合する２条のＶ字状
突部３１が一体に形成され、これらの各２条のＶ字状突
部３１とＶ溝１１とが係合されることにより、サドル３
０はＹ軸方向に高精度で案内されるようになっている。

この際、Ｖ溝１１と突部３１との当接面間には油が介在
され、油動圧軸受１３が形成されている。

前記サドル３０の上面には、長手方向に直交する断面が
略丁字形にされたガイドウェイ３２が取付けられ、この
ガイドウェイ３２には、シリコンビレット等の被加工物
を載置固定可能なテーブル５０が、水平面内の所定方向
であって前記サドル３０の移動方向と直交する所定方向
即ちＸ軸方向に移動自在に支持されている。また、ガイ
ドウェイ３２のＴ字の上端両縁の水平張出し部３２Ａは
、精密に仕上げられるとともに、前記テーブル５０のこ
の両水平張出し部３２Ａの上下面および側面に係合する
部分には図示しないエアベアリング用エア供給パッドが
それぞれ設けられ、これらの水平張出し部３２Ａとエア
供給パッドとの係合部で対向空気静圧案内３３が形成さ
れている。

前記ベッドｌＯの後部上面にはコラム６０が立設、固定
され、このコラム６０には、主軸ヘッド７０を上部に有
するラム８０が前記サドル３０およびテーブル５０の移
動方向、即ち、ＸおよびＹ軸方向に共に直交する鉛直方
向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されている。前記主軸
ヘッド７０は、先端をテーパ状にされた砥石フランジ取
付用スピンドル７１を備え、このスピンドル７１は超精
密円筒形空気静圧軸受で支持されている。また、主軸ヘ
ッド７０には、冷却ジャケットを備えた強制冷却式の交
流誘導伝動機が内蔵されており、低発熱、低振動、高精
度の回転性詣を有するとともに、高級インバータの採用
により広範囲かつ無段階の回転数の選択ができるように
なっている。

第２図の縦断面図において、前記ベッド１０の溝１２内
には超精密のポールねじ軸２１が配置され、このポール
ねじ軸２１の両端部はベッド１０に取付けられた左右の
ポールベアリング１４により、両持ち構造で回転自在に
支持されている。このポールねじ軸２１の一端は、カッ
プリング２２を介して直流サーボモータ２３の出力軸に
連結されるとともに、そのねじ部には予圧を与えられた
一対の即ちダブルのポールナツト２４が螺合され、この
一対のポールナツト２４はブラケット２５を介して前記
サドル３０の下面に固定されている。これにより、モー
タ２３によりねじ軸２１が回転されると、ねじ軸２１の
回転に伴いポールナフト２４、ひいてはサドル３０がＺ
軸方向に進退されるようになっている。

第３図の一部を切欠いた正面図および第４図の平面図に
おいて、前記ベッド１０の２条のＶ溝１■の前後両端部
にはそれぞれ油力バー１５が取付けられ、この油力バ−
１５からＶ溝１１とサドル３０のＶ字条突部３１でｍ成
される油動圧軸受１３に必要な油が供給されるようにな
っている。また、前記ポールねじ軸２１から離れた位置
にあるベッド１０およびサドル３０の一端部には、サド
ル３０のベッド１０に対する移動量を直線スケール等を
用いて高精度に、例えば０．１ｇｍまで測れる計測手段
２７が設けられ、この計測手段２７からの計測信号は前
記直流サーボモータ２３にフィードバックされてサドル
３０の移動を高精度に制御できるようになっている。

前記サドル３０の一端、第３図中左端上面には、ブラケ
ット３４を介して直流サーボモータ４１が取付けられ、
このモータ４１の回転は、モータ４１の後端に取付けら
れたパルスコーダ４２により制御されるようになってい
る。また、モータ４１の出力軸には、三角ねじからなる
送りねじ軸４３の一端が連結され、この送りねじ軸４３
の一端は前記ブラケット３４内の図示しない軸受に支持
されるとともに、他端は前記ガイドウェイ３２の中心部
の溝３２Ｂ内に取付けられた軸受３５に支持され１両持
ち支持とされている。更に、送りねじ軸４３のねじ部に
は、バックラッシュを除去した微細ピッチのローラねじ
を複数内蔵した非循環式のころがりローラねじユニット
４４が螺合され、このローラねじユニット４４はブラケ
ット４５を介して前記テーブル５０の下面に固定されて
いる。

第２図において、前記ラム８０は、中空箱型に形成され
るととともに、ラム８０の長手方向、即ち、その移動方
向であるＹ軸方向に沿って延在された切欠部としての長
孔８１がラム８０の前後の壁面を貫通して設けられ、こ
の長孔８１を貫通して前記サドル駆動、用のポールねじ
軸２１が配置され、これによりラム８０がＹ軸方向に移
動してもラム８０とポールねじ軸２１とが干渉しないよ
うになっている。

前記ラム８０の後方位置において、コラム６０に上下の
ポールベアリング６１を介して超精密の一ポールねじ軸
９１が回転自在に鉛直に両持ち支持されている。このポ
ールねじ軸９１の上端は、カップリング９２を介して直
流サーボモータ９３の出力軸に連結されるとともに、そ
のねじ部には予圧を与えられた一対の即ちダブルのポー
ルナツト９４が螺合され、この一対のポールナフトク４
はブラケット９５を介して前記ラム８０の後面に固定さ
れている。これにより、モータ９３によりねじ軸９１が
回転されると、ねじ軸９１の回転に伴いポールナフト９
４、ひいてはラム８０がＹ軸方向に進退されるようにな
っている。

前記ブラケット９５の後面には、取付台９６を介してス
ケール読取器９７が取付けられ（第５図参照）、このス
ケール読取器９７に対応して直線状のスケール９８が配
置され、これらのスケール９８およびスケール読取器９
７により高精度に、例えば０．１μｍまで読取れる計測
手段９９が横座されている。この計測手段９９により、
ボールナツト９４ひいてはコラム６０に対するラム８０
のＹ軸方向の移動量が読取られ、この移動量の信号は、
前記直流サーボモータ９３にフィードバックされてラム
８０の移動を高精度に制御できるようになっている。こ
の際、スケール９８は、スケール取付台６２を介してコ
ラム６０の背面に固定されている。

前記ラム８０の左右の側面中央には、第５図にも拡大し
て断面が示されるように、その長子方向、即ち、Ｙ軸方
向に沿ってラム８０の全長にわたりラム８０の前後方向
よりかなり幅狭なスパンＷを有する突条８２がそれぞれ
一体に形成されている。これらの突条８２の前後の壁面
は精密に仕上げられて平行案内面８２Ａとされるととも
に、これらの平行案内面８２Ａに直交する突条８２の側
壁面も精密に仕上げられて滑り案内面８２Ｂとされてい
る。

前記４つの平行案内面８２Ａの各々には、Ｙ軸方向に比
較的長い所定のスパンＬだけ離されて各一対のころがり
軸受６３が当接され、これらのころがり軸受６３の各対
向する平行案内面８２Ａに当接される各対は、互いに対
向する位置に設けられている。この際、ころがり軸受６
３の前記平行案内面８２Ａ間のスパンＷに対するＹ軸方
向のスパンＬの比、即ちナロー比Ｌ／Ｗは３以上、実際
は５程度にされ、ラム８ｏの移動に伴うピッチング、ヨ
ーイングの影響を少なくして、位置決め精度の向上が図
られている。

前記各ころがり軸受６３は、それぞれ受台６４に取付け
られ、これらの受台６４のうち、平行案内面８２Ａを介
して対向される一方の受台６４は、コラム６０にボルト
止め固定されるとともに、他方の受台６４は、傾斜面を
介してコラム６０の内面に当接され、この他方の受台６
４のコラム６０に対するＹ軸方向への挿入量を調整する
ことにより、前記傾斜面の作用により対向するころがり
軸受６３と平行案内面８２Ａとの間に所定の予圧を付与
できるようにされ、かつ、この状態で各受台６４はコラ
ム６ｏに固定できるようになっている。これにより、こ
ろがり軸受６３によるラム８０の案内をガタなく行える
ようになっている。

前記各突条８２の各滑り案内面８２Ｂには、それぞれ上
下各一対の滑り軸受６５が互いに対向する状態で当接さ
れ、これらの滑り軸受６５とコラム６０の内面との当接
面も前記受台６４と同様に傾斜面とされ、これらの滑り
軸受６５のコラム６０に対するＹ軸方向への挿入量を調
整することにより、互いに対向された両滑り軸受６５間
に両突条８２の滑り案内面８２Ｂが隙間なく挿入される
まうになっており、かつ、この状態で滑り軸受６５はコ
ラム６０に固定できるようになっている。

また、各滑り軸受６５の滑り案内面８２Ｂに当接される
面には、それぞれ油溝が形成されるとともに、この油溝
にはそれぞれ油が供給され、これにより滑り軸受６５と
滑り案内面８２Ｂとにより、油動圧摺動面が形成される
ようになっている。

前記ラム８０の背面両側縁近傍は、それぞれ精密仕上げ
されて滑り案内面８０Ａとされるとともに、これ°らの
滑り案内面８０Ａには、補助滑り軸受として作用するそ
れぞれ上下一対の滑り軸受６６が当接され、これらの滑
り軸受６６とコラム６０の内面との当接面も前記受台６
４および滑り軸受６５と同様に傾斜面とされ、これらの
滑り軸受６６のコラム６０に対するＹ軸方向への挿入量
を調整することにより、各滑り軸受６６と滑り案内面８
０Ａとの隙間がなくされ、かつ、この状態で滑り軸受６
６はコラム６ｏに固定できるようになっている。

なお、第２図中符号ｌＯＯは、砥石ｌｏｔを支持すると
ともに、スピンドル７１に着脱可能に取付けられる砥石
フランジである。

次に、本実施例の作用につき説明する。

シリコンビレット等の被加工物を適宜な治具等を用いて
テーブル５０上に固定する。この際、被加工面（切断面
）は、テーブル５ｏの移動方向即ちＸ軸方向と平行とな
るようにする。

一方、主軸ヘッド７ｏのスピンドル７１に砥石フランジ
１００を介して砥石１０１を取付けておき、この状態で
加工を開始する。この加工開始時におけるサドル３ｏ、
テーブル５ｏおよびラム８０即ち主軸ヘッド７０の位置
は、第２図および第３図に実線で示される位置、換言す
ると、サドル３０は装置の一番手前、第２図中左端側、
テーブル５０は第３図中右端側、ラム８０は最上位置と
されている。

加工にあたり、まずサドル駆動用の直流サーボモータ２
３を駆動し、ボールねじ軸２１、ポールナツト２４等を
介してサドル３０の位置決めをする。この位置は、サド
ル３０とヘッド１０との間に設けられた計測手段２７に
よりチェックされつつ決定される。

次いで、ラム駆動用の直流サーボモータ９３を駆動する
とともに、スケール読取器９７とスケール９８とからな
る計測手段９９によりフィードバック制御しながら、主
軸ヘッド７０即ち砥石ｌＯ１による被加工物への切込み
量を与え得る位置或いは、切断の場合は切断に十分な位
置までラム８０を下降させる。この状態でテーブル駆動
用の直流サーボモータ４１を駆動するとともに、パルス
コーダ４２により制御しながら、テーブル５０と共に被
加工物をＸ軸方向に移送して所定の加工を行う。

加工終了後は、テーブル５０を初期位置に戻すとともに
、サドル３０を次の加工位置まで進め、再度テーブル５
０を移動させて次回の加工を行う。この際、加工により
砥石１０１が摩耗して切込み位置等が変化する場合、そ
の摩耗量が予め判っているときは、プログラムによりラ
ム駆動用モータ９３を摩耗量に応じて順次降下させるよ
うにしてもよい。

これらの一連の動作は、コンピュータにより自動的に連
続的に、或いは手動により順次行われ、これを繰返すこ
とにより、順次被加工物の加工が行われる。

上述のような本実施例によれば、次にような効果がある
。

即ち、サドル３０はダブルのＶ溝１１により油動圧軸受
１３で案内されるから、サドル３０への移動に伴うヨー
イング等の影響を受けることがなく、従って、各部品の
取合い上、調整上および保守点検の都合上、ポールねじ
軸２１がら離れた位置に設けられた計測手段２７が、従
来構造であれば受けるであろうアラへの誤差の影響を受
けることがほとんどなく、高精度の送り、ひいては加工
を行える。また、サドル３０の案内は油動圧であるから
、油静圧と異なり、発熱がなく、発熱に伴う熱変形もな
いから、この点からも高精度な加工を実現できる。

また、被加工物の切断方向の送りを担当するテーブル５
０は、サドル３０およびラム８０はどには高精度が必要
とされないため、案内は、静圧空気軸受３３とされると
ともに、送り制御はパルスコーダ４２により行われ、安
価に製作できるようにされ、かつ、送りねじ軸４３の回
転をテーブル５０の直線運動に変換するのに、非循環式
のころがリローラねじユニット４４が用いられているか
ら、循環振動がなイ滑らかな送りを行え、かつ、高精度
の案内を実現できる。また、対向空気静圧軸受３３の採
用により、低速でのスティックスリップがなく、発熱も
ないため、・この点からも高精度の案内を行え、長期に
わたり精度が損なわれるごともない。

更に、鉛直方向に移動されるラム８０は、予圧を付与さ
れたころがり軸受６３で案内されているから、ラム８０
の転倒モーメントを十分に支持できるとともに、高精度
案内をできる。この際、ころがり軸受６３のナロー比Ｌ
／Ｗは、非常に大きくされているから、ラム８０の駆動
に伴なうピッチング、ヨーイングの影響を受けにくく、
この点からも高精度を維持できる。また、ラム８０の案
内は、前記ころがり案内の他に左右および後面の滑り軸
受６５．６６による滑り案内もなされているから、ころ
がり案内では減衰させにくい振動も、これらの滑り軸受
６５．６５により減衰させることができ、この点からも
高精度の案内を実現できる。

更に、ラム８０を可動型にしているため、ダブルコラム
型として主軸ヘッドを駆動するものに比べて装置全体の
高さを低くできる。また、装置の前面への接近性を改善
するため、サドル駆動用モータ２３を装置後方に配置し
たので、ラム８０とポールねじ軸２１とが干渉する可能
性があるが、本実施例では長孔８１を貫通してポールね
じ軸２１を挿通し、干渉を避けたから、この点からも高
さを低くでき、安定性を向上できる。また、ねじ軸２１
，４３．９１は、それぞれ各配置部分の中心に設けられ
、装置全体ができるだけ対象的に形成されているから、
温度変化等に対して部分的な変形等が少なく、この点か
らも精度維持をできる。

また、発熱源としてのモータ２３，４１．９３は、でき
るだけ外方に露出させ、露出ができない主軸ヘッド７０
のモータは強制冷却できるから、これらの発熱による変
形を受けることがない。

なお、前記実施例では、本発明をスライサに適用した例
につき説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、型彫盤、精密平面研削盤等、他の高精度工作機械
にも適用できる。また、ラム８０に設けられた切欠部と
しての長孔８１は、下方が開放された長溝とされてもよ
いが、下方が開放されない長孔８１とした方が剛性を高
くできる分有利である。

［発明の効果コ 上述のような本発明によれば、ラムの案内を大幅なコス
ト上昇を伴うことなく、高精度に行うこ　７とができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明をスライサに適用した一実施例を示すもので
、第１図はその概略斜視図、第２図は詳細構造を示す縦
断面図、第３図は一部を切欠いた正面図、第４図は平面
図、第５図は第２図のＶ−■に沿う拡大断面図である。 ｌＯ・・・ベッド、１１・・・Ｖ溝、１３・・・油動圧
軸受、２１・・・ポールねじ軸、２４・・・ポールナツ
ト、３０・・・サドル、３１・・・Ｖ字状突部、３３・
・・対向空気静圧案内、４３・・・送りねじ軸、５０・
・・テーブル、６０・・・コラム、６３・・・ころがり
軸受、６５゜６６・・・すベリ軸受、７０・・・主軸ヘ
ッド、８０・・・ラム、８１・・・切欠部としての長孔
、８２・・・突条、８２Ａ・・・平行案内面、８２Ｂ・
・・滑り案内面、９１・・・ポールねじ軸。 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ベッドに固定されたコラムに、主軸ヘッドを有す
   るラムを鉛直方向移動自在に支持し、このラムはその移
   動方向に沿った対向面にそれぞれ移動方向に延長された
   突条を形成され、このラムとコラムとは、前記ラムの各
   突条の外形を形成する平行案内面においてころがり軸受
   を介して鉛直方向に案内されるとともに、この平行案内
   面とは異なる位置で滑り軸受を介して鉛直方向に案内さ
   れていることを特徴とする高精度工作機械。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記ころがり軸
   受は、コラムに鉛直方向に所定間隔を離して設けられる
   とともに、前記滑り軸受は、前記平行案内面と直交しか
   つ鉛直方向に延長されてラムに設けられた滑り案内面と
   コラムとの間で形成されたことを特徴とする高精度工作
   機械。 （３）特許請求の範囲第２項において、前記ラムとコラ
   ムとは、前記平行案内面と平行に設けられた補助滑り軸
   受により更に案内されていることを特徴とする高精度工
   作機械。 （４）特許請求の範囲第２項または第３項において、前
   記ころがり軸受の鉛直方向のスパンＬと平行案内面のス
   パンＷとの比Ｌ／Ｗは３以上とされたことを特徴とする
   高精度工作機械。