(57)【要約】【課題】回転運動が極大化された機構メカニズムを適用し、レーザ加工、ミリング加工、研削加工などの多様な加工を複合的に行うことができるカプセル型可変軸複合加工装置を提供する。【解決手段】カプセル型本体の内部に配置される加工対象物に向かって複数の加工モジュールが設置可能で、回転によって加工位置および姿勢が調整される回転フレームと、回転フレームを回転可能に支持する上部フレームと、上部フレームの下部に結合されて上部フレームを支持するとともに、上部フレームと接触する位置に防振部材が設けられる下部フレームと、上部フレームの内側中央に挿入固定されるとともに、載置された加工対象物の高さを調整可能で、かつＸ−Ｙステージまたはロータリーステージが選択的に装着可能なステージユニットとを含む。【選択図】図１
2014083684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル型本体の内部に配置される加工対象物に向かって複数の加工モジュールが設置可能で、回転によって加工位置および姿勢が調整される回転フレームと、
前記回転フレームを回転可能に支持する上部フレームと、
前記上部フレームの下部に結合されて前記上部フレームを支持するとともに、前記上部フレームと接触する位置に防振部材が設けられる下部フレームと、
前記上部フレームの内側中央に挿入固定されるとともに、載置された加工対象物の高さを調整可能で、かつＸ−Ｙステージまたはロータリーステージを選択的に装着可能なステージユニットとを含むことを特徴とするカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項２】
前記回転フレームは、
前記カプセル型本体の、前記回転フレームの回転方向に垂直な方向にレーザ加工モジュールが装着されるレーザ加工モジュール装着スロットと、
前記回転フレームの回転方向に沿って前記レーザ加工モジュールから前後に離隔し、ミリング加工モジュール装着されるミリング加工モジュール装着スロットおよび研削加工モジュールが装着される研削加工モジュール装着スロットとを備えることを特徴とする請求項１記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項３】
前記カプセル型本体は、
高さ方向からみて、中央から下端まで回転方向に沿って前後に切開された弧状切開部を備え、
前記弧状切開部によって上方突出した前記ステージユニットと回転する前記カプセル型本体とが相互干渉しないことを特徴とする請求項２記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項４】
前記弧状切開部の両側には、前記カプセル型本体の内部空間を充填することによって形成されるウエイトバランス部が備えられることを特徴とする請求項３記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項５】
前記防振部材は、
前記回転フレームの駆動軸の高さに対応して同一線上に位置し、前記上部フレームと下部フレームとが接触する長方形の角部区間ごとに配置されるエアクッション（ａｉｒ  ｃｕｓｈｉｏｎ）であることを特徴とする請求項１記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項６】
前記下部フレームは、長方形の角部から上方突出した突出端部上に前記防振部材がそれぞれ固定され、
前記上部フレームの長方形の角部上には、前記突出端部を挿入させ、前記防振部材とそれぞれ対面して接触するポケット形態の支持上板が備えられることを特徴とする請求項５記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項７】
前記上部フレームには、前記回転フレームの両側に連結された駆動軸を通して回転力を伝達する回転フレーム駆動部が内蔵されることを特徴とする請求項１記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項８】
前記ステージユニットは、前記上部フレームに設けられたステージユニット装着部を通して挿入固定されるとともに、
前記ステージユニット装着部に固定される連結プレートと、
前記連結プレートの中央を貫通して垂直方向に装着され、下端の昇降駆動部から伝達された回転力を通じて上下に伸縮調整される昇降軸と、
前記昇降軸の上端に連結され、加工対象物が載置される台座ブロックが上面に固定され、加工対象物をＸ−Ｙ軸方向に移動させるＸ−Ｙステージとを含むことを特徴とする請求項１記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項９】
前記ステージユニットは、
前記昇降軸の上端に内蔵されたロータリーステージ駆動部と、
前記ロータリーステージ駆動部から回転力が伝達され、加工対象物を回転させるロータリーステージとを含むことを特徴とする請求項８記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項１０】
前記ロータリーステージは、
複数の顎（ｊａｗ）を備えるチャック（ｃｈｕｃｋ）部材であり、前記Ｘ−Ｙステージに固定された前記台座ブロックを分離し、前記Ｘ−Ｙステージに設けられている溝を通して装着されることを特徴とする請求項９記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【請求項１１】
前記ステージユニットは、
前記昇降軸の伸縮方向に複数のガイドロッドを備えることを特徴とする請求項８記載のカプセル型可変軸複合加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプセル型可変軸複合加工装置に関するものであって、より詳細には、回転運動が極大化された機構メカニズムを適用し、多様な加工（例：レーザ加工、ミリング加工および研削加工など）を複合的に行うことができるカプセル型可変軸複合加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物の３次元立体加工に用いられる代表的な加工装置としては、レーザ加工装置や多軸マシニング装置などがある。レーザ加工装置は、比較的小さい加工対象物を加工するために主に利用される。そして、多軸マシニング装置は、レーザ加工装置に比べて大きい加工対象物を加工するために主に利用される。
【０００３】
しかし、従来の多軸マシニング装置は、装置の体積が大きく、加工対象物を３次元的に立体加工するために、工具を直接加工対象物の周辺に移動する場合が一般的であった。これは、工具の移動距離を増加させて加工誤差を大きく発生させることがあるため、比較的精巧で複雑な製品を加工することは困難であった。
【０００４】
また、従来の多軸マシニング装置の場合、多軸並進運動だけで工具を移動させて加工を行う場合が多いことから、装置の構造が複雑で、必要な部品数も多く、価格帯が高価である。
【０００５】
これと共に、従来の多軸マシニング装置は、複雑な形状の製品を加工する時、工具の動きが多くなり、必要なエネルギーが無駄に増加するという欠点もあった。
【０００６】
そのため、このような従来の多軸マシニング装置が抱える問題および使用上の不便さを解決するために、単一の加工装置内で可変軸複合加工を行うことができる加工装置に対する開発が切実に要求されているのが現状である。
【０００７】
このような可変軸複合加工装置の開発は、次世代バイオ技術（Ｂｉｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）および情報技術（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）マイクロ加工分野の発展を図ることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一実施形態は、回転運動が極大化された機構メカニズムを適用し、レーザ加工、ミリング加工、研削加工などの多様な加工を複合的に行うことができるカプセル型可変軸複合加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によれば、カプセル型本体の内部に配置される加工対象物に向かって複数の加工モジュールが設置可能で、回転によって加工位置および姿勢が調整される回転フレームと、
前記回転フレームを回転可能に支持する上部フレームと、
前記上部フレームの下部に結合されて前記上部フレームを支持するとともに、前記上部フレームと接触する位置に防振部材が設けられる下部フレームと、
前記上部フレームの内側中央に挿入固定されるとともに、載置された加工対象物の高さを調整可能で、かつＸ−Ｙステージまたはロータリーステージを選択的に装着可能なステージユニットとを含むカプセル型可変軸複合加工装置が提供される。
【００１０】
前記回転フレームは、前記カプセル型本体の、前記回転フレームの回転方向に垂直な方向にレーザ加工モジュールが装着されるレーザ加工モジュール装着スロットと、前記回転フレームの回転方向に沿って前記レーザ加工モジュールから前後に離隔し、ミリング加工モジュール装着されるミリング加工モジュール装着スロットおよび研削加工モジュールが装着される研削加工モジュール装着スロットとを備えることができる。
【００１１】
前記カプセル型本体は、高さ方向からみて、中央から下端まで回転方向に沿って前後に切開された弧状切開部を備え、前記弧状切開部によって上方突出した前記ステージユニットと回転する前記カプセル型本体とが相互干渉しないことが好ましい。
【００１２】
また、前記弧状切開部の両側には、前記カプセル型本体の内部空間を充填することによって形成されるウエイトバランス部が備えられることが好ましい。
【００１３】
前記防振部材は、前記回転フレームの駆動軸の高さに対応して同一線上に位置し、前記上部フレームと下部フレームとが接触する長方形の角部区間ごとに配置されるエアクッション（ａｉｒ  ｃｕｓｈｉｏｎ）であり得る。
【００１４】
さらに、前記下部フレームは、長方形の角部から上方突出した突出端部上に前記防振部材がそれぞれ固定され、前記上部フレームの長方形の角部上には、前記突出端部を挿入させ、前記防振部材とそれぞれ対面して接触するポケット形態の支持上板が設置できる。
【００１５】
また、前記上部フレームには、前記回転フレームの両側に連結された駆動軸を通して回転力を伝達する回転フレーム駆動部が内蔵できる。
【００１６】
前記ステージユニットは、前記上部フレームに設けられたステージユニット装着部を通して挿入固定されるとともに、前記ステージユニット装着部に固定される連結プレートと、前記連結プレートの中央を貫通して垂直方向に装着され、下端の乗降駆動部から伝達された回転力を通じて上下に伸縮調整される昇降軸と、前記昇降軸の上端に連結され、加工対象物が載置される台座ブロックが上面に固定され、加工対象物をＸ−Ｙ軸方向に移動させるＸ−Ｙステージとを含むことができる。
【００１７】
また、前記ステージユニットは、前記昇降軸の上端に内蔵されたロータリーステージ駆動部と、前記ロータリーステージ駆動部から回転力が伝達され、加工対象物を回転させるロータリーステージとを含むことができる。
【００１８】
この時、前記ロータリーステージは、複数の顎（ｊａｗ）を備えるチャック（ｃｈｕｃｋ）部材であり、前記Ｘ−Ｙステージに固定された前記台座ブロックを分離し、前記Ｘ−Ｙステージに設けられている溝を通して装着できる。
【００１９】
また、前記ステージユニットは、前記昇降軸の伸縮方向に複数のガイドロッドを備えることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置によれば、既存の直線運動に基づく加工形態から抜け出して回転運動が極大化された可変軸駆動メカニズムを適用することにより、より精巧で複雑な加工を迅速に行うことができる。
【００２１】
特に、単一のマシニング装置内に回転運動が極大化された可変軸駆動メカニズムを適用することにより、多様な加工を複合的に行う場合にも、工具の移動距離を大幅に減少させることができる。これは、加工誤差の発生を低減させ、加工精度を向上させる。
【００２２】
そして、単一のマシニング装置を通じて多様な加工を複合的に行う場合にも、工具の移動距離が大幅に減少することができる。これにより、工具の移動に必要なエネルギーを節減することができ、製品加工費を低減することができる。
【００２３】
一方、本発明の一実施形態によれば、レーザ加工、ミリング加工、研削加工を同時または順次に行うことができるカプセル型可変軸複合加工装置を提供することにより、より精密で複雑な製品加工が要求されるバイオ技術および情報技術マイクロ加工分野の発展を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の回転フレームが回転した状態を示す作動状態図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の回転フレームを示す部分斜視図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームを示す部分斜視図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームの背面図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットを示す部分斜視図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットの一使用形態を示す使用状態図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットの他の使用形態を示す使用状態図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットがロータリーステージ方式で動作する様子を示す作動状態図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットの縦方向断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームと下部フレームとの間に介在した防振部材の構造を示す斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の内部構造の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置に関して説明する。
【００２６】
本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるはずである。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態によって限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現される。ここで説明される実施形態は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。また、本発明を説明するにあたり、関連する公知技術などが本発明の要旨をあいまいにする可能性があると判断された場合、それに関する詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の斜視図である。
【００２８】
図１を参照すれば、図示のカプセル型可変軸複合加工装置１は、加工対象物に向かって複数の加工モジュールを装着した状態で回転し、カプセル型本体を有する回転フレーム１００と、回転フレーム１００の下部で回転フレーム１００を支持する上部フレーム２００および下部フレーム４００と、加工対象物が載置され、高さ調整が可能なステージユニット３００とを含む。
【００２９】
回転フレーム１００は、カプセル型本体からなり、上部フレーム２００を通して両側に内蔵された回転フレーム駆動部（例：モータ）によって回転する。
【００３０】
回転フレーム１００の上部には複数の加工モジュールが装着できるが、具体例として、レーザ加工モジュールＭ１、ミリング加工モジュールＭ２、研削加工モジュールＭ３を並べて設置できる。
【００３１】
上部フレーム２００および下部フレーム４００は、前記回転フレーム１００を下部で支持して加工安定性を確保すると同時に、回転フレーム１００または加工モジュールの動作中に発生する振動を吸収する防振機能を果たす。
【００３２】
特に、上部フレーム２００は、回転フレーム１００が回転可能に回転フレーム１００の両端を支持し、下部フレーム４００は、上部フレーム２００の下部に結合されて上部フレーム２００を支持する。そして、下部フレーム４００と上部フレーム２００とが接触する位置には防振部材が介在する。
【００３３】
そして、これら上部フレーム２００と下部フレーム４００との結合線上には、四角帯状の連結カバーＣが着脱可能な形態で連結できる。
【００３４】
加工対象物を載置できるように、ステージユニット３００は、上部フレームの内側中央に挿入固定される。ステージユニット３００は、加工対象物の高さを調整する機能を果たすことができ、ステージユニット３００には、Ｘ−Ｙステージまたはロータリーステージを選択的に装着できる。
【００３５】
ここで、Ｘ−Ｙステージとは、水平２軸方向（つまり、Ｘ−Ｙ軸方向）に加工対象物の変位を調整できる装置を意味し、ロータリーステージとは、中心軸を基準として加工対象物を回転できる装置を意味する。
【００３６】
図２は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の分解斜視図である。
【００３７】
図２には、回転フレーム１００、ステージユニット３００、上部フレーム２００および下部フレーム４００の具体的な形状およびこれらの連結構造が示されている。
【００３８】
回転フレーム１００は、カプセル型本体１１０からなる。そして、上部フレーム２００に連結される方向（つまり、Ｙ軸方向）の両側に駆動軸連結部１２０が設けられる。
【００３９】
前記回転フレーム１００には、加工対象物を同時または順次に、あるいは使用者から入力された加工プログラムに従って複数の加工を行うことができる加工モジュールが装着される。
【００４０】
具体例として、加工モジュールは、レーザ加工モジュールＭ１、ミリング加工モジュールＭ２および研削加工モジュールＭ３を含むことができる。
【００４１】
図示の実施形態によれば、カプセル型本体１１０の垂直上方に、レーザ加工モジュールＭ１が装着されるレーザ加工モジュール装着スロット１１５が設けられる。そして、前記レーザ加工モジュールＭ１から回転方向に沿って前後に離隔した位置に、ミリング加工モジュールＭ２が装着されるミリング加工モジュール装着スロット１１７と研削加工モジュールＭ３が装着される研削加工モジュール装着スロット１１９とが設けられる。これらレーザ加工モジュール装着スロット１１５、ミリング加工モジュール装着スロット１１７、研削加工モジュール装着スロット１１９は、カプセル型本体が回転する方向と一致する方向に並んで離隔配置できる。
【００４２】
図３は、図１に示された回転フレーム１００が回転した状態を示す。図示のように、レーザ加工モジュールＭ１、ミリング加工モジュールＭ２、研削加工モジュールＭ３の間の中心角が４５度に離隔配置されることにより、研削加工モジュールＭ３が水平方向（つまり、Ｘ軸方向）に横になる場合、ミリング加工モジュールＭ２は垂直方向（つまり、Ｚ軸方向）に立てられる。この時、レーザ加工モジュールＭ１は４５度に傾斜した姿勢を取るようになる。
【００４３】
回転フレーム１００のカプセル型本体１１０は、高さ中央から下端まで回転方向に沿って前後に切開された弧状切開部１１１を備える。
【００４４】
弧状切開部１１１は、前記回転フレーム１００の下面を通して上方突出して高さ調整されるステージユニット３００と、回転するカプセル型本体１１０とが互いに干渉しないようにするためのものである。
【００４５】
そして、弧状切開部１１１の両側には、重りの役割を果たすウエイトバランス部１１３が設けられる。カプセル型本体１１０の大部分は内部が空洞であるが、ウエイトバランス部１１３は、カプセル型本体の内部を充填することによって形成されている。
【００４６】
回転フレーム１００のカプセル型本体１１０の両側には円形カバー１３０が備えられる。ここで、円形カバー１３０は、作業者が加工状態を確認できるようにする機能はもちろん、装置の維持補修のためにも使用可能である。ただし、このような構成の形状および構造は本発明を限定しない。
【００４７】
そして、図４は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の回転フレームを示す部分斜視図であって、前述した回転フレーム１００の具体的な形状および構造は、図４を通じてより詳細に確認することができる。
【００４８】
上部フレーム２００は、回転フレーム１００が回転可能に両端を支持する部材である。図示のように、上部フレーム２００は、全体的な外形が四角形状、つまり、長方形をなしており、長方形の角部上には、上方突出したポケット形態の支持上板２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄが設けられる。
【００４９】
このような支持上板２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄは、下部フレーム４００に固定された防振部材４２０と対面する部分に位置する。
【００５０】
下部フレーム４００は、上部フレーム２００の下部で上部フレーム２００を支持する部材であって、地面（特に、作業場の床）に置かれて上部フレーム２００を下部で支える役割を果たす。下部フレーム４００の全体的な外形は、上部フレーム２００の形状および大きさに対応して四角形状、つまり、長方形をなしており、長方形の角部上には上方突出した突出端部４２２が備えられる。そして、前記突出端部４２２の上面には防振部材４２０が固定配置される。
【００５１】
先に説明した上部フレーム２００の支持上板２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄがポケット形態からなる理由は、下部フレーム４００の突出端部４２２と防振部材４２０を挿入するためである。
【００５２】
特に、下部フレーム４００に固定された防振部材４２０の上面には防振部材連結プレート４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄが備えられているが、この防振部材連結プレート４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄが前記支持上板２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの下面に対面接触する。これにより、上部フレーム２００から伝達された振動（または衝撃）を防振部材４２０を通して効果的に吸収できる。
【００５３】
さらに、前記防振部材４２０は、回転フレーム１００の駆動軸の高さに対応して同一線上（つまり、同一高さ）で上部フレーム２００と下部フレーム４００とが接触する長方形の角部区間ごとに配置できる。このような構造は、上部フレーム２００の支持上板と下部フレーム４００の突出端部の高さを適切に調整することによって可能になる。
【００５４】
一方、上部フレーム２００の支持上板２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの側面には着脱可能な四角形カバー２１０が備えられ、回転フレーム１００の駆動軸が連結される方向には回転フレーム連結部２５０が備えられる。
【００５５】
そして、回転フレーム連結部２５０の延長線上で上部フレーム２００の両側には回転フレーム駆動部（図１の図面符号１０１）が固定配置される。ここで、回転フレーム駆動部は、先に説明したように、回転フレーム１００を回転できるモータなどが使用可能である。
【００５６】
そして、回転フレーム駆動部が固定される外側には、側面カバー２２０が着脱可能な形態で具備され、上側には上部カバー２３０が着脱可能な形態で具備される。
【００５７】
このような上部フレーム２００の形状および構造は、図５Ａに示された本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームを示す部分斜視図と、図５Ｂに示された本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームの背面図を通じて具体的に確認することができる。
【００５８】
そして、上部フレーム２００の中央には、ステージユニット３００が挿入装着されるステージユニット装着部２４０が設けられる。
【００５９】
ステージユニット装着部２４０は、ステージユニット３００の連結プレート３６０と結合される部位であって、内側にはステージユニット３００の昇降軸３１０が貫設される設置孔（図５Ｂの図面符号２４１）が設けられる。
【００６０】
下部フレーム４００は、地面と接触する部位に支え台４１１を備え、支え台４１１の一側には移動用車輪をさらに備えることができる。これは、装置の機動性を考慮したものである。長方形の角部を通してそれぞれ具備された支え台４１１の上部には、周りに沿って下部フレーム支持部材４１０が設けられる。
【００６１】
図２を参照すれば、下部フレーム支持部材４１０の場合、下端がアーチ形態になっているが、これは、装置の重量を減らしながらも構造の剛性を向上させるための一つの例示的な形態に過ぎず、本発明を限定しない。
【００６２】
また、下部フレーム支持部材４１０の上端には、内側周りに沿って水平端部４１３が設置される。水平端部４１３は、防振部材４２０を上方に突出させて固定する突出端部４２２が安定的に配置できるようにするものである。
【００６３】
ステージユニット３００は、上部フレーム２００の内側中央に挿入固定されて加工対象物を載置させる役割を果たす。
【００６４】
ステージユニット３００は、加工対象物の高さを調整する機能を果たすために、昇降駆動部３０１と昇降軸３１０とを含む。
【００６５】
ステージユニット３００は、加工対象物を多様な形態で載置させて固定するために、Ｘ−Ｙステージまたはロータリーステージを選択的に変更して使用できるように構成されている。これは、単一の加工装置で多様な形態の加工を行えるようにするためである。
【００６６】
このようなステージユニット３００に関して、図６ないし図９を参照して具体的に説明する。
【００６７】
図６は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットを示す部分斜視図である。
【００６８】
図２を通じて簡略に説明したように、ステージユニット３００は、上部フレーム（図２の図面符号２００）に設けられたステージユニット装着部（図２の図面符号２４０）に挿入固定される。このために、ステージユニット３００は、ステージユニット装着部に面接して固定される連結プレート３６０を備える。
【００６９】
そして、ステージユニット３００は、連結プレート３６０の中央を貫通して垂直方向に装着される昇降軸３１０と、昇降軸３１０の下端で回転力を提供する昇降駆動部３０１とを含む。
【００７０】
ここで、昇降駆動部３０１は、電気的に回転方向が制御可能なモータを用いることができ、これ以外にも、多様な回転力発生手段を用いてもかまわない。
【００７１】
昇降軸３１０は、昇降駆動部３０１の回転力が伝達され、垂直方向（つまり、Ｚ軸方向）に伸縮（または進退）作動する。昇降駆動部３０１による昇降軸３１０の作動原理は、後述する図９の説明で詳細を述べる。
【００７２】
そして、昇降軸３１０の上部側には、ロータリーステージ駆動部３２０が同軸方向に搭載される。ロータリーステージ駆動部３２０は、Ｘ−Ｙステージ３３０を用いる時には作動が不要で、ロータリーステージとして使用形態を異なって実施する場合にのみ用いられる駆動部であって、回転力を発生させるモータなどが使用可能である。
【００７３】
そして、連結プレート３６０の中心を貫通して配置される昇降軸３１０の周辺には、昇降経路を案内するガイドロッド３７０が複数配置される。図示のガイドロッド３７０は、４つが連結プレート３６０の角部側に正方形に配置されているが、これは、好ましい一つの例示に過ぎず、これとやや異なって形成されてもかまわない。
【００７４】
一方、ステージユニット３００の上端には、加工対象物が載置固定されるＸ−Ｙステージ３３０が設けられる。
【００７５】
Ｘ−Ｙステージ３３０の上部には台座ブロック３５０が着脱可能に配置され、台座ブロック３５０の上面を通して加工対象物Ｓを強固に固定させることができる。このように、位置固定された加工対象物Ｓは、Ｘ−Ｙステージ３３０の駆動によってＸ−Ｙ平面内で可変的に位置調整可能である。
【００７６】
Ｘ−Ｙステージ３３０は、ベースブロック３３１の上部でＸ軸方向に移送される第１移送ブロック３３３と、第１移送ブロック３３３の前後移送に必要な駆動力を提供する第１移送ブロック駆動部３３２とを含む。そして、Ｘ−Ｙステージ３３０は、第１移送ブロック３３３の上部でＹ軸方向に移送される第２移送ブロック３３５と、第２移送ブロック３３５の前後移送に必要な駆動力を提供する第２移送ブロック駆動部３３４とを含む。ここで、第１移送ブロック駆動部３３２および第２移送ブロック駆動部３３４としてモータなどを用いることができる。
【００７７】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置にのステージユニットの２つの使用形態を区分して示した使用図である。
【００７８】
図７Ａに示されたＸ−Ｙステージ方式は、前記図６を通じて説明したとおりである。図７Ｂは、Ｘ−Ｙステージ方式の代わりにロータリーステージ方式を適用した様子を示す。
【００７９】
加工条件または作業者の選択によってロータリーステージ方式を適用する場合には、まず、図７Ｂに示されるように、Ｘ−Ｙステージ３３０の上端に装着された台座ブロック３５０を分離する。
【００８０】
次に、前記台座ブロック３５０が装着されていた前記Ｘ−Ｙステージ３３０の上面に設けられた溝にロータリーステージ３４０を装着する。
【００８１】
図８は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットがロータリーステージ方式で動作する様子を示す作動状態図である。
【００８２】
図示のように、ロータリーステージ３４０は、昇降軸部３１０の上端に内蔵されたロータリーステージ駆動部３２０から回転力が伝達され、加工対象物Ｓ’の下端を把持した状態で加工対象物Ｓ’を回転させる。
【００８３】
具体例として、３つの顎（ｊａｗ）３４１を円周方向に備えるチャック（ｃｈｕｃｋ）部材を用いることができる。
【００８４】
まず、円周方向に配列された３つの顎３４１を相互離隔させ、その中心に加工対象物Ｓ’を載置させる。次に、３つの顎３４１を相互近接させ、加工対象物Ｓ’を中心上に位置固定する。
【００８５】
次に、昇降軸部３１０の上端に内蔵されたロータリーステージ駆動部３２０を作動させると、ロータリーステージ駆動部３２０の駆動軸は昇降軸部３１０と同軸に連結され、相互連動して回転する。これにより、加工対象物Ｓ’は、強固に位置固定された状態で回転する。
【００８６】
図８に示された加工対象物Ｓ’は、図６に示された加工対象物Ｓと異なる形状を呈しているが、図示のように、丸棒形態の加工対象物Ｓ’を加工する場合には、３つの顎３４１を備えたチャック部材を用いることが好ましい。
【００８７】
図９は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置のステージユニットの縦方向断面図である。
【００８８】
図９を参照すれば、最下端部に位置した昇降駆動部３０１の作動によりこれに連結されたスクリュー部材３１１が回転する。これと同時に、スクリュー部材３１１の外縁を囲み、ねじ結合された移動軸部材３１３が垂直上方または下方に進退駆動する。
【００８９】
これにより、スクリュー部材３１１と移動軸部材３１３とを含む昇降軸部３１０は垂直方向に伸縮できる。
【００９０】
昇降軸部３１０は、連結プレート３６０の中心を貫通して配置され、その外側に連結プレート３６０の正方形の角部に沿って複数のガイドロッド３７０が配置され得る。
【００９１】
また、連結プレート３６０の上部には、ガイドロッド３７０の断面形状および大きさに対応する中空が形成されたベアリング部材３６１が配置される。ガイドロッド３７０は、連結プレート３６０およびベアリング部材３６１を同時に貫通して連結される。
【００９２】
昇降軸部３１０の上端にはポケット形態のハウジングが設けられているが、その内側にロータリーステージを回転させるロータリーステージ駆動部３２０が内蔵される。つまり、図９を通じて確認できるように、ロータリーステージ駆動部３２０の駆動軸３２０−Ｓは、ロータリーステージとして用いられるチャック部材と同軸上に連結される。このために、図示していない台座ブロックが装着および分離される下面には、ロータリーステージとして用いられるチャック部材が装着される中空３４０ａが垂直上方に開放されるように形成される。
【００９３】
図１０は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の上部フレームと下部フレームとの間に介在した防振ユニットの構造を示す斜視図である。
【００９４】
図１０を参照すれば、レーザ加工モジュールＭ１、ミリング加工モジュールＭ２、研削加工モジュールＭ３が装着された回転フレーム１００と、回転フレーム１００が回転可能に両端を支持する上部フレーム２００と、防振部材４２０を介在して上部フレーム２００のの下部を支持する下部フレーム４００との間の連結構造を確認することができる。
【００９５】
そして、図１１は、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置の内部構造の拡大図である。
【００９６】
回転フレーム１００の弧状切開部１１１からみると、Ｘ−Ｙステージ３３０方式が利用される場合、Ｘ−Ｙステージの上部に台座ブロック３５０が固定配置され、台座ブロック３５０の上部にレーザ加工モジュールＭ１、ミリング加工モジュールＭ２および研削加工モジュールＭ３が配置される。
【００９７】
別途に示していないが、図６のように、台座ブロック３５０の上面を通して加工対象物Ｓが載置固定され、次に、加工対象物Ｓに対する複合的な加工が円滑に実施できる。
【００９８】
前述のように、本発明の一実施形態にかかるカプセル型可変軸複合加工装置によれば、既存の直線運動に基づく加工形態から抜け出し、回転運動が極大化された可変軸駆動メカニズムを適用することにより、より精巧で複雑な加工を迅速に行うことができる。
【００９９】
また、単一のマシニング装置内に回転運動が極大化された可変軸駆動メカニズムを適用することにより、多様な加工を複合的に行う場合にも、工具の移動距離を大幅に減少させることができる。これにより、加工誤差の発生を低減し、加工精度が向上する。
【０１００】
そして、単一のマシニング装置を通して多様な加工を複合的に行う場合にも、工具の移動距離を大幅に減少させることができる。これにより、工具の移動に必要なエネルギーを節減し、製品加工費を低減することができる。
【０１０１】
特に、本発明の一実施形態は、レーザ加工、ミリング加工、研削加工を同時または順次に行うことができるカプセル型可変軸複合加工装置を提供し、加工精度が複雑で精密さが要求されるバイオ技術および情報技術マイクロ加工分野の発展を図ることができる。
【０１０２】
上記の実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的でないことが理解されなければならず、本発明の範囲は、上述した詳細な説明でなく後述する特許請求の範囲によって示される。また、この特許請求の範囲の意味および範囲、そして、その等価概念から導き出されるすべての変更または変形した形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
【符号の説明】
【０１０３】
Ｓ：加工対象物
Ｍ１：レーザ加工モジュール
Ｍ２：ミリング加工モジュール
Ｍ３：研削加工モジュール
１：カプセル型可変軸複合加工装置
１００：回転フレーム
１０１：回転フレーム駆動部
１１０：カプセル型本体
１１１：弧状切開部
１１３：ウエイトバランス部
１１５、１１７、１１９：加工モジュール装着スロット
１２０：駆動軸連結部
１３０：円形カバー
２００：上部フレーム
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄ：支持上板
２１０：四角形カバー
２２０：側面カバー
２３０：上部カバー
２４０：ステージユニット装着部
２５０：回転フレーム連結部
３００：ステージユニット
３０１：昇降駆動部
３１０：昇降軸
３２０：ロータリーステージ駆動部
３３０：Ｘ−Ｙステージ
３３１：ベースブロック
３３２：第１移送ブロック駆動部
３３３：第１移送ブロック
３３４：第２移送ブロック駆動部
３３５：第２移送ブロック
３４０：ロータリーステージ
３５０：Ｘ−Ｙステージ台座ブロック
３６０：連結プレート
３７０：ガイドロッド
４００：下部フレーム
４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ：防振部材連結プレート
４１０：下部フレーム支持部材
４１１：支え台
４１３：水平端部
４２０：防振部材
４２２：突出端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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