JP4978145B2 - 超精密加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、高度な加工精度が要求される超精密加工装置に関し、特に、切削剤供給ノズル等の振動源となる部材からの振動を加工機本体に伝えないようにした超精密加工装置に関するものである。

一般に、切削加工機においては、切削液供給装置が装備され、切削液供給装置の切削液供給ノズルより加工部位に切削液を供給しながら工作物の切削加工を行うようになっており、切削液の供給によって、工作物および加工工具の潤滑性および冷却性を向上するようになっている。また、工作物の加工にミスト状の切削剤を供給することが必要な場合には、切削加工機にミスト供給装置が装備され、ミスト供給装置のミスト供給ノズルより加工部位にミストが供給されるとともに、ミストコレクタによってミストを回収し、ミストの拡散を防止するようにしている。一方、加工によって微細な切粉が発生する切削加工機においては、吸塵装置が装備され、吸塵装置の吸塵ダクトによって切粉を吸引し、切粉が飛散しないようにしている。そして、これら切削液供給ノズル、ミスト供給ノズル、あるいは吸塵ダクト等は、切削加工機の加工機本体あるいは加工機本体に固定されたカバーに取付けられるようになっている。

しかしながら、切削剤供給装置、ミスト供給装置および吸塵装置等は、振動発生源としてのポンプやモータを有しているため、振動発生源で発生した振動が切削液供給ノズル等に伝達され、この振動が切削液供給ノズル等を取付けた加工機本体に直接、あるいはカバーを介して伝播される。このような振動は、ミクロン（μｍ）単位の加工精度で工作物を加工する通常の切削加工機においては、特に問題になることはないが、ナノメートル（ｎｍ）単位の高度な加工精度が要求される超精密加工機においては、加工精度に少なからず影響を及ぼし、所要の加工品位を維持できなくなる恐れがある。

このために、従来、ＮＣ旋盤等において、切粉の吸引によって発生する振動を刃物台に伝えないようにして、加工精度を向上させるものとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。かかる特許文献１に記載のものは、旋盤本体とは独立して架台（２６）を設置し、この架台に集塵ノズル（２８）および集塵パイプ（３７）等を設けたもので、架台を旋盤本体と別体とすることで、加工精度に悪影響を及ぼす振動発生源を除去せんとしたものである。
特開２００３−８９０３３号公報（段落００１４、図３）

しかしながら、上記した特許文献１に記載のものにおいては、旋盤本体を振動発生源から切り離すために、旋盤本体とは独立して架台を設置しなければならず、この架台の設置のために、マシンの占有面積が増大する等の問題があった。しかも、特許文献１に記載のものでは、集塵ノズル等を取付けた架台が振動すると、この振動が床面を介して旋盤本体のベッドやコラムに伝わるので、ナノメートル（ｎｍ）単位の高度な加工精度が要求される超精密加工装置には、振動を十分に遮断することができない問題があった。

本発明は、上記した従来の問題点を解消するためになされたもので、超精密加工装置が有する既存の設備を利用しながら、振動源となる部材による振動を加工機本体に伝えないようにした超精密加工装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、加工機本体と、該加工機本体を包囲するカバーと、該カバー内に設けられる補助部材とを備えた超精密加工装置において、前記加工機本体を、除振装置を介して支持フレーム上に支持し、該支持フレームに前記カバーを取付け、該カバーに前記補助部材の内で振動源となる部材を取付け、前記振動源となる部材は、前記加工機本体の加工部位に切削剤を供給する切削剤供給装置の切削剤供給ノズルであり、該切削剤供給ノズルには、振動レベルを低くするホースが連結されていることである。

請求項２に係る発明の特徴は、加工機本体と、該加工機本体を包囲するカバーと、該カバー内に設けられる補助部材とを備えた超精密加工装置において、前記加工機本体を、除振装置を介して床面上に設置し、前記カバーを取付けた支持フレームを前記除振装置を挿通しかつ該支持フレームがジャッキ等によって持ち上げられたとき前記除振装置に当接係合するように前記床面上に設置し、前記カバーに前記補助部材の内で振動源となる部材を取付けたことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項２において、前記床面は、前記除振装置を取り囲むように埋設された縁切り部材によって、前記除振装置を設置した床面と前記支持フレームを設置した床面が縁切りされていることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１において、前記切削剤供給ノズルは、前記加工機本体の加工部位に液状の切削剤を供給する切削液供給装置の切削液供給ノズルからなるとともに、ミスト状の切削剤を供給するミスト供給装置のミスト供給ノズルを設けたことである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項１において、前記加工機本体の加工部位で発生した切粉を回収する吸塵装置の吸塵ダクトを設けたことである。

請求項６に係る発明の特徴は、請求項１または請求項５において、前記切削剤供給装置あるいは前記吸塵装置は、前記カバーの外部に前記支持フレームとは分離して設置されていることである。

請求項１に係る発明によれば、加工機本体を、除振装置を介して支持フレーム上に支持し、支持フレームにカバーを取付け、このカバーに、カバー内に設けられた補助部材の内で振動源となる部材を取付けたので、振動源となる部材によってカバーに伝播された振動は、除振装置を介して加工機本体を取付けた支持フレームにより遮断されて、加工機本体に伝わることがない。従って、振動源となる部材による振動によって、工作物の加工品位が阻害されることがなく、超精密加工を容易に実現することができる。
しかも、振動源となる部材は、加工機本体の加工部位に切削剤を供給する切削剤供給装置の切削剤供給ノズルであり、切削剤供給ノズルには、振動レベルを低くするホースが連結されているので、切削剤供給ノズルをカバーに取付けても、切削剤供給ノズルからの振動が加工機本体に伝わることがなく、切削剤供給ノズルから供給される切削剤による加工部位の潤滑性および冷却性の向上と、加工精度の向上を両立させることが容易に実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、加工機本体を除振装置を介して床面上に設置し、カバーを取付けた支持フレームを除振装置を挿通しかつ支持フレームがジャッキ等によって持ち上げられたとき除振装置に当接係合するように床面上に設置したので、通常時は、カバーを取付けた支持フレームに対して除振装置を分離でき、カバーから支持フレームを介して除振装置に伝達される振動をより効果的に防止することができる。

請求項３に係る発明によれば、床面は、除振装置を取り囲むように埋設された縁切り部材によって、除振装置を設置した床面と支持フレームを設置した床面が縁切りされているので、カバーからの振動が床面を介して除振装置に伝達されるのを効果的に遮断することができる。

請求項４に係る発明によれば、切削剤供給ノズルは、加工機本体の加工部位に液状の切削剤を供給する切削液供給装置の切削液供給ノズルからなるとともに、ミスト状の切削剤を供給するミスト供給装置のミスト供給ノズルを設けたので、切削液供給ノズルおよびミスト供給ノズルをカバーに取付けても、切削液供給ノズルおよびミスト供給ノズルからの振動が加工機本体に伝わることがなく、加工精度を損なうことなく、切削液およびミストを加工部位に供給することができる。

請求項５に係る発明によれば、加工機本体の加工部位で発生した切粉を回収する吸塵装置の吸塵ダクトを設けたので、吸塵ダクトをカバーに取付けても、吸塵ダクトからの振動が加工機本体に伝わることがなく、加工精度を損なうことがなく、加工部位で発生した切粉を回収することができる。

請求項６に係る発明によれば、切削剤供給装置あるいは吸塵装置は、カバーの外部に支持フレームとは分離して設置されているので、切削剤供給装置あるいは吸塵装置で発生した熱による影響を排除できるようになり、熱の影響による加工精度の低下を防止することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、超精密加工機１０は、加工機本体１１と、この加工機本体１１の周囲および上方を包囲するカバー１２と、カバー１２の周りに配置された制御装置１３と、切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１、および吸塵装置４３とによって主に構成されている。

加工機本体１１は、図２に示すように、ベッド１５を備え、ベッド１５は床面１８上に設置される支持フレーム１６上に空気ばねからなる公知の除振装置１７を介して支持されている。なお、図２においては、加工機本体１１を図示するために、カバー１２の前方が省略された状態を示している。

ベッド１５には、Ｙ軸スライドテーブル２１が上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能に装架され、図略のリニアモータによりＹ軸方向に位置制御されるようになっている。ベッド１５の水平上面には、図略のＸ軸スライドテーブルが左右方向（Ｘ軸方向）に移動可能に装架され、Ｘ軸スライドテーブル上に工作物支持台２３が前後方向（Ｚ軸方向）に移動可能に装架されている。Ｘ軸スライドテーブルおよび工作物支持台２３は、図略のリニアモータによりＸ軸方向およびＺ軸方向それぞれ位置制御されるようになっている。このようにＹ軸スライドテーブル２１、Ｘ軸スライドテーブルおよび工作物支持台２３は、互いに直交する３軸方向に相対移動可能である。

Ｙ軸スライドテーブル２１には、回転テーブル２５が回転可能に支持され、回転テーブル２５上に調整テーブル２６が、公知の微細位置調整機構２７により直交する水平２方向に位置調整可能に載置されている。調整テーブル２６上には工具保持台２８が設置され、工具保持台２８にダイヤモンドバイト等の加工工具が装着される。

また、工作物支持台２３には、主軸３１がＺ軸方向に平行な軸線の回りに回転可能に支持され、この主軸３１の先端に工作物が取付けられる。工作物は、工具保持台２８と工作物支持台２３との３次元方向の相対移動によって、工具保持台２８上の加工工具により加工される。

前記支持フレーム１６上には、ベッド１５を取巻くように台座３３が設置され、台座３３上に支持枠３４を介してカバー１２の下端が一体的に取付けられている。カバー１２は除振装置１７によって加工機本体１１とは振動的に分離され、カバー１２の振動が加工機本体１１に伝達されない構造になっている。なお、カバー１２を支持フレーム１６上に一体的に取付けたことにより、支持フレーム１６をフォークリフト等により持ち上げて、超精密加工機１０をカバー１２毎運搬できるようにしている。

カバー１２内には、加工を補助する各種補助部材が設けられている。補助部材は、後述する切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７からなる振動源となる部材と、その他工作物の形状を測定する接触式プローブを有する形状測定器や、加工工具の刃先位置の調整に用いる顕微鏡等の振動源とならない部材とによって構成されている。

カバー１２には、加工点に比較的接近した位置に取付け部１２ａが設けられ、この取付け部１２ａに、カバー１２内に設けられた補助部材の内で振動源となる部材、すなわち、加工点に切削液を供給する切削液供給ノズル３５と、加工点にミストを供給するミスト供給ノズル３６と、加工によって発生した切粉や加工点に供給されたミストを吸引して回収する吸塵ダクト３７がそれぞれ取付けられている。これら切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７の各先端部は、加工点の近傍まで延在され、加工点に向けてそれぞれ開口されている。

切削液供給ノズル３５は、供給ホース３８を介してポンプを駆動源とする切削液供給装置３９に接続され、ミスト供給ノズル３６は、供給ホース４０を介してポンプを駆動源とするミスト供給装置４１に接続されている。ミスト供給装置４１は、切削液を圧縮空気によってミスト状にしてミスト供給ノズル３６より加工点に噴射するもので、比較的少ない量の切削剤で加工部位の潤滑性および冷却性を高めることができるようにしている。また、吸塵ダクト３７は吸引ホース４２を介してモータを駆動源とする吸塵装置４３に接続されている。

これら切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３は、図１に示すように、カバー１２の外部に支持フレーム１６とは分離して床面１８上に設置され、超精密加工機１０の支持フレーム１６とは熱的に分離されている。

なお、制御装置１３は、超精密加工機１０を制御するもので、当該制御装置１３は、超精密加工機１０に熱の影響を与えないように、上記した切削液供給装置３９等と同様に、カバー１２の外部に支持フレーム１６とは分離して床面１８上に設置されている。かかる制御装置１３の指令に基づいて、工作物支持台２３と工具保持台２８との相対移動が制御されるとともに、切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３の起動、停止が制御される。

上記した実施の形態において、工作物支持台２３の主軸３１に取付けた工作物を切削加工する場合には、工作物支持台２３と工具保持台２８とが３次元方向に相対移動され、工作物に対して加工工具に微細な切込みを与え、工作物をナノメートル（ｎｍ）単位の高度な加工精度で切削加工する。なお、工作物の切削加工に際し、工作物が例えば、超硬の材質で、これを例えば、砥石からなる加工工具を使用して切削加工（研削加工）するような場合には、切削液供給装置３９が駆動されて切削液供給ノズル３５より切削液が加工点に向けて供給され、工作物および加工工具の潤滑および冷却が行われる。

一方、工作物が例えば、アルミ材からなり、これを例えば、ダイヤモンドバイトからなる加工工具を使用して切削加工するような場合には、ミスト供給装置４１が駆動されてミスト供給ノズル３６よりミスト状の切削剤が加工点に向けて供給され、工作物および加工工具の潤滑および冷却が行われる。

また、工作物の切削加工によって切粉が飛散するような工作物の切削加工に際しては、吸塵装置４３が駆動され、工作物の切削加工によって発生した微細な切粉が吸塵ダクト３７によって吸引され、切粉の飛散が防止される。なお、加工点に向けてミストが供給されている場合には、このミストも吸塵装置４３によって切粉とともに吸引され、カバー１２内にミストが拡散するのが防止される。

ところで、上記した切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３は、振動発生源としてポンプあるいはモータを備えているため、切削液あるいはミストの供給や、切粉の吸塵によって、切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１、あるいは吸塵装置４３において発生した振動が、各ホース３８、４０、４２を介して切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７に伝播され、さらにこれら切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７に伝播された振動は、これらを取付けたカバー１２に伝播される。この場合、振動発生源からの振動は、ホース３８、４０、４２によって減衰されるため、切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７に伝播される振動レベルは低いが、超精密加工機１０にとってはこの微弱な振動が加工精度に悪影響を及ぼすようになる。

ところが、第１の実施の形態によれば、カバー１２を、超精密加工機１０の加工機本体１１（ベッド１５）とは除振装置１７によって分離された支持フレーム１６に取付けたので、カバー１２に伝播された微少な振動が支持フレーム１６に伝えられても、この振動は除振装置１７によって遮断され、加工機本体１１に伝達されることはない。

しかも、切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６あるいは吸塵ダクト３７を、超精密加工機１０が通常備えているカバー１２に取付けたことにより、切削液供給ノズル３５等を取付けるための特別な部材を設ける必要がない。従って、振動を防止するために、超精密加工機１０の占有面積が増大したり、コスト上昇を招くこともない。

また、切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３は、発熱源となるが、これら切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３を、超精密加工機１０とは分離して、カバー１２の外部に設置したことにより、熱による影響も排除できるようになり、熱の影響による加工精度の低下も防止できるようになる。この場合、切削液供給装置３９、ミスト供給装置４１および吸塵装置４３を、超精密加工機１０が設置された室とは隔壁等で隔絶された別室に設置すると、超精密加工機１０が設置された室内の温度への影響も排除できるようになり、高度な加工精度を維持するうえでより有効となる。

図３および図４は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、カバー１２から加工機本体１１への振動の伝達をより小さくできるようにしたものである。

すなわち、図３に示すように、床面１８上に設置された支持フレーム１１６には、除振装置１７を挿通するための穴１１６ａが形成され、除振装置１７は床面１８上に直接設置され、支持フレーム１１６とは分離されている。除振装置１７には支持フレーム１１６が持ち上げられたとき、支持フレーム１１６に当接係合する鍔部１７ａが設けられている。また、支持フレーム１１６に設置された台座３３には、ジャッキ５０によって持ち上げられる持ち上げ部５１が設けられている。なお、支持フレーム１１６は、ベッド１５を取巻く台座３３支持部分のみが床面１８上に設置され、中央部分は床面１８との間に空隙が設けられている。

これによって、通常の超精密加工機１０の設置時においては、支持フレーム１１６は除振装置１７と分離され、超精密加工機１０を移動させるために、ジャッキ５０によって支持フレーム１１６が持ち上げられると、支持フレーム１１６が除振装置１７に当接係合して、除振装置１７を介して加工機本体１１も持ち上げられ、加工機本体１１をフォークリフト等によってカバー１２毎移動できるようにしている。

また、除振装置１７を載置する床面１８は、基礎材としての栗石５３の上に、ステコンクリート５４を介してコンクリート５５を施設した構成となっている。そして、図４に示すように、複数の除振装置設置位置１７´を取り囲んでカバー設置位置１２´（詳細には、カバー１２を取付けた支持フレーム１１６の設置位置）との間を仕切るように、縁切り部材としての炭化コルク５７が、コンクリート５５、ステコンクリート５４および栗石５３に亘って埋設されている。これによって、カバー１２を取付けた支持フレーム１１６と、加工機本体１１を支持した除振装置１７との間の床面１８を縁切りし、カバー１２からの振動が床面１８を介して除振装置１７に伝達されるのを遮断している。

かかる第２の実施の形態によれば、通常時は、カバー１２を取付けた支持フレーム１１６に対して除振装置１７が分離されているため、カバー１２から支持フレーム１１６を介して除振装置１７に伝達される振動を、第１の実施の形態のものに比してより効果的に防止することができる。

しかも、床面１８を縁切り部材（炭化コルク５７）によって縁切りしたことにより、カバー１２から床面１８を介して除振装置１７に伝播される振動をも遮断することができる。しかしながら、縁切り部材（炭化コルク５７）を省略して、支持フレーム１１６と除振装置１７とを分離するだけでも有効である。

一方、超精密加工機１０を移動させる際には、支持フレーム１１６が除振装置１７に当接係合することによって、超精密加工機１０を一体構造として移動させることができる。

なお、図３において、第１の実施の形態と同一の構成部分については、同一部品に同一の参照番号を付し、その説明は省略する。

上記した実施の形態においては、カバー１２に、振動源となる部材としての切削液供給ノズル３５、ミスト供給ノズル３６および吸塵ダクト３７をそれぞれ取付けた例について述べたが、吸塵ダクト３７は、本発明にとって必ずしも必須の構成要件ではなく、本発明は液状およびミスト状の少なくとも一方の切削剤を供給する切削剤供給ノズルを備えた超精密加工機１０に適用できるものである。

なお、吸塵ダクト３７を備えず、ミスト供給ノズル３６を有する超精密加工機１０に適用する場合には、吸塵ダクト３７の代わりに、公知のミストコレクタのコレクタダクトをカバー１２に取付ければよい。

また、上記した実施の形態においては、カバー１２を台座３３を介して支持フレーム１６、１１６に支持するようにしたが、台座３３を設けずに、カバー１２を直接支持フレーム１６、１１６上に支持してもよい。

本発明の第１の実施の形態を示す超精密加工機の配置構成を示す概略平面図である。 図１に示す超精密加工機の正面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す超精密加工機の正面図である。 図３に示す超精密加工機の除振装置と縁切り部材との関係を示す概略平面図である。

符号の説明

１０・・・超精密加工機、１１・・・加工機本体、１２・・・カバー、１３・・・制御装置、１５・・・ベッド、１６、１１６・・・支持フレーム、１７・・・除振装置、１８・・・床面、２３・・・工作物支持台、２８・・・工具保持台、３５・・・切削液供給ノズル、３６・・・ミスト供給ノズル、３７・・・吸塵ダクト、３８、４０、４２・・・ホース、３９・・・切削液供給装置、４１・・・ミスト供給装置、４３・・・吸塵装置、５０・・・ジャッキ、５７・・・縁切り部材（炭化コルク）。

Claims (6)

1. 加工機本体と、該加工機本体を包囲するカバーと、該カバー内に設けられる補助部材とを備えた超精密加工装置において、前記加工機本体を、除振装置を介して支持フレーム上に支持し、該支持フレームに前記カバーを取付け、該カバーに前記補助部材の内で振動源となる部材を取付け、前記振動源となる部材は、前記加工機本体の加工部位に切削剤を供給する切削剤供給装置の切削剤供給ノズルであり、該切削剤供給ノズルには、振動レベルを低くするホースが連結されていることを特徴とする超精密加工装置。
2. 加工機本体と、該加工機本体を包囲するカバーと、該カバー内に設けられる補助部材とを備えた超精密加工装置において、前記加工機本体を、除振装置を介して床面上に設置し、前記カバーを取付けた支持フレームを前記除振装置を挿通しかつ該支持フレームがジャッキ等によって持ち上げられたとき前記除振装置に当接係合するように前記床面上に設置し、前記カバーに前記補助部材の内で振動源となる部材を取付けたことを特徴とする超精密加工装置。
3. 請求項２において、前記床面は、前記除振装置を取り囲むように埋設された縁切り部材によって、前記除振装置を設置した床面と前記支持フレームを設置した床面が縁切りされていることを特徴とする超精密加工装置。
4. 請求項１において、前記切削剤供給ノズルは、前記加工機本体の加工部位に液状の切削剤を供給する切削液供給装置の切削液供給ノズルからなるとともに、ミスト状の切削剤を供給するミスト供給装置のミスト供給ノズルを設けたことを特徴とする超精密加工装置。
5. 請求項１において、前記加工機本体の加工部位で発生した切粉を回収する吸塵装置の吸塵ダクトを設けたことを特徴とする超精密加工装置。
6. 請求項１または請求項５において、前記切削剤供給装置あるいは前記吸塵装置は、前記カバーの外部に前記支持フレームとは分離して設置されていることを特徴とする超精密加工装置。

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