JP4870036B2 - 旋回テーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、超精密加工機に利用される旋回テーブル装置に係り、特に、液晶パネルの導光板の製造に用いられる金型のような大型薄物のワークを載せる旋回テーブル装置に関する。

工作機械には、テーブルに割出機能を加えた旋回テーブルを備えているものがある。この種の旋回テーブルの従来例としては、例えば、特許文献１を挙げることができる。この特許文献１のように、従来の旋回テーブルでは、回転するテーブルはボールベアリングによって回転自在に支持されている。

近年、工作機械では、制御技術の進歩によって、超精密加工を実現する超精密加工機が開発されている。この超精密加工機では、光学レンズ等を成形する金型を加工できるようになってきている。

このような超精密加工機の旋回テーブルでは、ボールベアリングに替えて、流体軸受、特に、空気軸受でテーブルの軸を支持している。
特開平９−１９８４８号公報

最近では、液晶パネルの大型化が著しく、これに伴い、導光板等の製造に用いる金型も大型化している。
超精密加工機の旋回テーブルで大型のワークを扱うには、ワーク形状、重量大きさへの対応、割出後の旋回台上面精度の確保、主軸機能との両立、といったところが大きな課題となる。

第１に、大型ワークに対応するには、旋回テーブルの旋回台を大きくする必要があるところ、空気軸受で旋回台を支持する形式の旋回テーブルでは、空気軸受の製作上、テーブルの大きさに制約がある。また、旋回台の重量は、径の２乗に比例するので、旋回台を大きくすることに伴い、サーボ機構の大幅な設計変更が必要となったり、発熱対策など、旋回テーブルだけに問題にとどまらず、機械全体の構成を見直さなければならなくなる。

第２の割出後の旋回台上面精度の確保という課題については、割り出しの前後で、旋回台の上面の高さが微小ながらずれることが問題となる。その原因としては、旋回台の回転軸と空気軸受上面とが精密に直角になっておらず誤差がないこと、および空気軸受の上面の面精度に影響されるものと考えられる。ワークが大型になると、ごくわずかの直角度の誤差や、上面精度が大きく旋回台の上面精度に大きく関わってくるが、これを調整するのは簡単にはできない。

第３の主軸機能との両立という課題については、空気軸受、油軸受等の流体軸受は、本来的に高精度な軸受として利用されているが、最近では、高速回転する主軸を支持する軸受、すなわち加工用の主軸の軸受としても利用されてきている。そこで、空気軸受で支持した旋回テーブルの場合、割出機能とともに旋回台を高速回転させる主軸機能を付加することが検討されている。

ところがワークが大型すると、必然的に軸受本体が大きくなるため、その円筒部分の面積が大きくなることにより、空気抵抗が増大し、高速回転ができなくなる。つまり、ワークの大型化と、主軸機能とは両立しないという問題がある。

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、超精密加工機の旋回テーブルで大型のワークに扱えられるようにした上で、割出後の旋回台上面精度の確保、主軸機能との両立といった課題を一挙に解決する旋回テーブル装置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、ワークを載せる旋回台が軸受により回転自在に支持された旋回テーブルにおいて、ワークを固定するチャック手段を有し、前記旋回台上に同軸に取り付けられ、該旋回台よりも大きな直径を有するチャック台と、前記旋回台を回転駆動し、前記旋回台の回転軸と同軸に該旋回台の中心部に配置されたモータ部と、前記モータ部の外側に同軸に配置され、前記旋回台および回転軸を回転自在に支持する流体軸受と、前記旋回台の外側に配置され、前記チャック台の外周部を支持する補助テーブルと、を具備したことを特徴とするものである。

本発明では、前記補助テーブルの上面は、前記チャック台の上面精度の基準面を形成し、前記補助テーブルの基準面は、当該旋回テーブル装置が使用される工作機械自体により加工されたセルフカット面を有する。

また、本発明では、前記補助テーブルの本体部は、軽量化のためのリブ構造を有することが好ましい。
また、前記チャック台の固定手段は、真空引きによりワークを吸着する真空チャックからなり、前記補助テーブルは、前記チャック台の吸着と、該チャック台の浮遊との両機能を備えた真空チャック手段を有する。

本発明では、前記流体軸受は、空気軸受からなり、前記旋回台のモータ部は、割出機能と主軸機能を兼用するサーボモータが用いられる。

本発明によれば、超精密加工機の旋回テーブルで、旋回台そのものは大型化することなく大型のワークに扱えられるようになることに加えて、割出後の旋回台上面精度の確保、主軸機能との両立といった課題を一挙に解決し、高精度の加工の実現に寄与するができる。

以下、本発明による旋回テーブル装置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において、参照番号１０は、旋回テーブル装置の全体を示す。Ｗは、薄物板状のワークである。この旋回テーブル装置１０は、テーブル本体１１と、補助テーブル１２と、モータ部１３によって回転駆動される旋回台１４と、この旋回台１４の上に重ねて設置され、ワークＷを固定するための真空チャック台１５と、から構成されている。

まず、テーブル本体１１は、ベッド１６上に設置されている。この実施形態では、ベッド１６の上面には、直線案内として、Ｖ溝１７が形成されている。テーブル本体１１は、このＶ溝１７に沿って移動が案内される。

次に、旋回台１４について説明する。参照符号１８は、旋回台１４の回転軸を示し、この回転軸１８は円筒構造の中空軸である。旋回台１４は、ハウジング１９の内側に設けられた上下一組の空気軸受２０ａ、２０ｂによって回転自在に支持されている。この場合、下側の空気軸受２０ａの場合、この空気軸受２０ａと、回転軸１８のフランジ部１８ａの上面および回転軸１８の下半分の外周面との間に隙間が設定され、この隙間に圧縮空気が供給される。上側の空気軸受２０ｂでは、この空気軸受２０ｂと、回転軸１８の上半分の外周面と、旋回台１４の下面との間に隙間が設定され、この隙間に圧縮空気が供給される。

次に、モータ部１３は、以下のようなビルトイン型のサーボモータが旋回台１４の中心部に同軸に配置されている。回転軸１８の内側には、ステータ保持部材２１が配置されており、このステータ保持部材２１の内周面には、モータ部１３を構成するステータ２２が取り付けられている。旋回台１４の下面中央部には、ロータ軸２３が固着されており、このロータ軸２３の外周部にはロータ２４が取り付けられている。このようなサーボモータは、一定角度ずつ回転する割出機能と連続回転する主軸機能の両方を実現することができるサーボモータである。なお、参照符号２５は、エンコーダを示す。

真空チャック台１５は、旋回台１４の上面に取り付けられている。真空チャック台１５の表面には、真空引きの孔が開口しており、真空チャック機能によりワークＷを吸着固定することができるようになっている。なお、参照番号２６は、空気軸受２０ａ、２０ｂにエアを供給するエア配管２７を接続するための回転継手を示す。

次に、旋回台１４の外側に配置されている補助テーブル１２について説明する。この実施形態では、補助テーブル１２は、旋回台１４を取り囲む構造になっている。補助テーブル１２の上面は、基準面１２ａになっており、この基準面１２ａが旋回台１４の上面に替よって上面精度の基準となっている。

補助テーブル１２の外径をＲ、内径をｒとすると、旋回台１４の外径は、ｒより小さく、真空チャック台１５の外径は、ほぼＲに等しく設定されている。ただし、真空チャック台１５の外径は、補助テーブル１２の外径Ｒに必ずしも一致する必要はない。

補助テーブル１２の上面に基準面１２ａを形成するための加工は、いわゆるセルフカットにより行うことが好ましい。すなわち、旋回テーブル装置１０が使用されるのとは別の機械で基準面を加工するのではなく、据え付けられて使用される工作機械そのもので基準面１２ａを加工することで、セルフカット面からなる基準面１２ａにすることができる。

また、補助テーブル１２の上面には、真空引きの孔が多数開口している点は、真空チャック台１５と同様であり、補助テーブル１２の内部には真空チャックを構成する空気通路が形成されている。補助テーブル１２の場合、継手２８を介して配管２９と接続されており、真空引きして吸着するだけでなく、上面の孔から空気を噴出させて真空チャック台１５および旋回台１４をわずかに浮遊させる機能を有している。

なお、補助テーブル１２については、リブ３０を形成した軽量化構造をもつことが好ましい。

本実施形態による旋回テーブル装置は、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、ワークＷを真空チャック台１５に載せ、真空引きにより真空チャック１５にワークＷを固定する。
次いで、旋回台１４を旋回させてワークＷの角度位置を割り出す場合には、図２（ａ）に示すように、補助テーブル１２の基準面１２ａから空気を吹き出すことにより、ごくわずかながら真空チャック板１５を浮かせておく。真空チャック板１５を浮いた状態のままにして、旋回台１４を指令した角度分だけ旋回させる。このとき、エンコーダ２５により角度をフィードバックし、指令した角度位置に一致するようにモータ部１３の回転を制御する。

ワークＷの角度位置が位置決めされたら、補助テーブル１２の表面からの空気の噴出を停止し、それまで浮いていた真空チャック板１５を補助テーブル１２の基準面１２ａに着座させる。
しかる後、図２（ｂ）に示すように、真空引きにより、真空チャック板１５を補助テーブル１２の基準面１２ａに吸着固定する。

本実施形態による旋回テーブル装置によれば、以下のような効果が得られる。

まず第１に、大型化したワークＷに対応するには、従来は、旋回台１４自体を大きくする必要があったところ、本実施形態による旋回テーブル装置では、補助テーブル１２でワークＷおよび真空チャック板１５を支持、固定するため、旋回台１４そのものを大きくすることなく、ワークの大型化に対応することが可能になる。

図３は、より大型のワークＷを扱えるようにした旋回テーブル装置１０を示す。この旋回テーブル装置１０では、図１と比較して、補助テーブル１２だけが大型のものになっている。

このように旋回台１４の方を大型にする必要がなくなることに伴い、モータ部１３を大容量のモータにしたり、サーボ機構の設計変更、発熱対策など、機械全体の構成を見直すことなく、補助テーブル１２の設置のみにより大型のワークＷに対応することができる。

第２に、本実施形態による旋回テーブル装置１０によれば、割出の前後での上面精度は、旋回台１４の上面精度、回転軸と空気軸受の精度に依存することがなくなる。この上面精度を決めるのは、補助テーブル１２の上面である基準面１２ａや真空チャック板１５の裏表両面の平行度の精度になる。

そして、補助テーブル１２の基準面１２ａ、真空チャック板１５の裏表両面は、自分自身の機上で加工することにより、精度を格段に向上することが可能になる。これに対して、旋回台１４、回転軸１８、空気軸受２０ａ、２０ｂの精度に依存している場合は、旋回台１４の回転軸１８と空気軸受２０ｂ上面とが精密に直角になっておらず誤差をなくすことが困難であり、上面精度の向上が実現できなかったのに較べて、本実施形態では、大型に対応した補助テーブル１２の精度をセルフカットで精度向上を容易に確保することができ、調整も容易である。

第３に、モータ部１３にビルトイン式のサーボモータを用い、割出機能をサーボモータの位置制御により実現するとともに、連続回転により主軸機能を兼用させることが可能である。

すなわち、超精密加工に用いる従来の旋回テーブル装置の場合、軸受には空気軸受が用いられるが、ワークの大型化に合わせて軸受を大型化すると、空気軸受側で高速回転に対応できなくなるという問題が顕在化する。

これに対して、本実施形態の旋回テーブル装置によれば、高速回転に対応した空気軸受を使用しながら大型のワークＷには、補助テーブル１２の方で対応するので、主軸としての高速連続回転と、割り出しを両立させることができる。

本発明による旋回テーブル装置の一実施形態を示す断面図。 大型のワークに対応した旋回テーブル装置の断面図。 本発明の実施形態による旋回テーブル装置の動作を示す断面図。

符号の説明

１０ 旋回テーブル装置
１１ テーブル本体
１２ 補助テーブル
１２ａ 基準面
１３ モータ部
１４ 旋回台
１５ 真空チャック台
１６ ベッド
１７ Ｖ溝
１８ 回転軸
１９ ハウジング
２０ａ，２０ｂ 空気軸受
２１ ステータ保持部材（モータ受）
２２ ステータ
２３ ロータ軸
２４ ロータ
２５ エンコーダ
Ｗ ワーク

Claims (8)

1. ワークを載せる旋回台が軸受により回転自在に支持された旋回テーブルにおいて、
   ワークを固定するチャック手段を有し、前記旋回台上に同軸に取り付けられ、該旋回台よりも大きな直径を有するチャック台と、
   前記旋回台を回転駆動し、前記旋回台の回転軸と同軸に該旋回台の中心部に配置されたモータ部と、
   前記モータ部の外側に同軸に配置され、前記旋回台および回転軸を回転自在に支持する流体軸受と、
   前記旋回台の外側に配置され、前記チャック台の外周部を支持する補助テーブルと、
   を具備したことを特徴とする旋回テーブル装置。
2. 前記補助テーブルの上面は、前記チャック台の上面精度の基準面を形成することを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
3. 前記補助テーブルの基準面は、当該旋回テーブル装置が使用される工作機械自体により加工されたセルフカット面を有することを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
4. 前記補助テーブルの本体部は、軽量化のためのリブ構造を有することを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
5. 前記チャック台の固定手段は、真空引きによりワークを吸着する真空チャックからなることを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
6. 前記補助テーブルは、前記チャック台の吸着と、該チャック台の浮遊との両機能を備えた真空チャック手段を有することを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
7. 前記流体軸受は、空気軸受からなることを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。
8. 前記旋回台のモータ部は、割出機能と主軸機能を兼用するサーボモータからなることを特徴とする請求項１に記載の旋回テーブル装置。

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