(57)【要約】 【課題】  リニアモータによる周囲の機械部品の磁化を十分に抑制しながら、装置の大型化を防止し、しかも、主軸を冷却した冷却用流体による機械部品の熱変形を防止する。【解決手段】  ベース７と、被加工部材Ｗを回転させる主軸４と、該主軸４を装着するテーブル８と、テーブル８下方のベース７内に配置され、テーブル８をベース７に対して水平方向に推進するリニアモータ１４とを備え、主軸４に、主軸４を冷却する冷却用流体を供給する冷却流体供給装置が接続され、リニアモータ１４の周囲に、リニアモータ１４外面およびベース７内面との間に隙間２３を空けてリニアモータ１４を被覆するよう配置される磁性材料からなる磁気遮蔽板２１が備えられるとともに、リニアモータ１４と磁気遮蔽板２１との間に、主軸４を冷却した冷却用流体を流通させる流路が形成されている工作機械１を提供する。【選択図】      図２
2006102903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
被加工部材または工具を回転させる主軸と、
該主軸を装着するテーブルと、
前記テーブル下方のベース内に配置され、該テーブルを前記ベースに対して水平方向に推進するリニアモータとを備え、
前記主軸に、該主軸を冷却する冷却用流体を供給する冷却流体供給装置が接続され、
前記リニアモータの周囲に、該リニアモータ外面およびベース内面との間に隙間を空けてリニアモータを被覆するよう配置される磁性材料からなる磁気遮蔽板が備えられるとともに、
前記リニアモータと磁気遮蔽板との間に、前記主軸を冷却した冷却用流体を流通させる流路が形成されている工作機械。
【請求項２】
前記テーブルに、前記主軸から排出された加熱された冷却用流体を前記流路に導く貫通孔が設けられ、
該貫通孔の内面が断熱材で被覆されている請求項１に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械に関し、特に、リニアモータを備える工作機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械や半導体処理装置等の作業ステージを備える各種の機械において、リニアモータを備える構造のものがある（例えば、特許文献１参照。）。リニアモータは、磁石により生み出される磁場によって、移動体を浮上させた状態で作業ステージを直線的に推進させるものであり、摩擦を伴わないために、機械部品の摩耗の問題がなく、高い位置決め精度を継続的に維持できるという利点がある。
【０００３】
しかし、リニアモータを駆動するための磁石としては、大きな推進力を得るために極めて強力な磁石が用いられる。このため、周囲の機械部品が磁化されてしまうという問題がある。特に、工作機械の場合、機械部品が磁化されてしまうと、被加工物の切削屑が機械部品に吸着してしまい、その動作を阻害する等の問題が発生する。
周囲の機械部品の磁化を防止する手段として、磁石を取り囲んで支持するアウターヨークを磁性体によって構成することで磁気シールド効果を得る方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２１８４４３号公報
【特許文献２】特開２００２−２９１２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、アウターヨークを磁性体によって構成することで磁気シールド効果を得るためには、磁石の周囲に比較的厚い肉厚寸法のアウターヨークを採用する必要がある。アウターヨークを厚肉に形成すると、リニアモータ周りに大きなスペースを確保することが必要となり、装置が大型化してしまう不都合が考えられる。また、アウターヨークが可動部となる場合には、可動部の重量が増大してしまい、制御性能が低下する不都合も考えられる。
【０００５】
一方、工作機械の場合、リニアモータにより駆動されるテーブル上には、被加工部材または工具を回転させる主軸が搭載されるが、該主軸は高速回転させられて発熱するため、オイル等の冷却用流体を周囲に流通させて冷却する必要がある。しかしながら、主軸を冷却した後の冷却用流体は主軸の熱によって加熱されてしまっているため、冷却用流体が流通する周囲の機械部品に熱変形を与えてしまう不都合が考えられ、その排出経路は十分な断熱を行う必要がある。この場合においても、装置の大型化を防止するためには、断熱構造をできるだけコンパクトに構成する必要がある。
【０００６】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、リニアモータによる周囲の機械部品の磁化を十分に抑制しながら、装置の大型化を防止し、しかも、主軸を冷却した冷却用流体による機械部品の熱変形を防止することができる工作機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、ベースと、被加工部材または工具を回転させる主軸と、該主軸を装着するテーブルと、前記テーブル下方のベース内に配置され、該テーブルを前記ベースに対して水平方向に推進するリニアモータとを備え、前記主軸に、該主軸を冷却する冷却用流体を供給する冷却流体供給装置が接続され、前記リニアモータの周囲に、該リニアモータ外面およびベース内面との間に隙間を空けてリニアモータを被覆するよう配置される磁性材料からなる磁気遮蔽板が備えられるとともに、前記リニアモータと磁気遮蔽板との間に、前記主軸を冷却した冷却用流体を流通させる流路が形成されている工作機械を提供する。
【０００８】
本発明によれば、リニアモータの作動により、主軸を搭載したテーブルがベースに対して水平方向に推進される。テーブルを移動させながら主軸を作動させて、被加工部材または工具を回転させることにより、被加工部材の加工が精度よく行われることになる。リニアモータは、大きな推進力を得るために強力な磁石を用いるが、リニアモータの周囲には、磁性材料からなる磁気遮蔽板がリニアモータ外面との間に隙間を空けて配置されているので、間に形成される空気層の存在によって、磁気遮蔽板の外部に漏出する磁気が効果的に低減されることになる。さらに、磁気遮蔽板とベース内面との間にも隙間が形成されているので、ベースがリニアモータの磁力によって磁化されることが防止される。この場合に、中実のアウターヨークによって磁気遮蔽する場合と比較して、磁気遮蔽板と隙間とを合わせた厚さ寸法を薄く構成しても、より効果的に磁気遮蔽することができる。
【０００９】
一方、主軸に対しては、冷却流体供給装置から冷却流体が供給され、高速回転による発熱した主軸が冷却される。主軸を冷却することによって加熱された冷却用流体は、磁気遮蔽板とリニアモータ外面との間の隙間により形成された流路を介して排出されるので、ベース内面に接触することが防止され、ベースの熱変形を効果的に防止することができる。
【００１０】
上記発明においては、前記テーブルに、前記主軸から排出された加熱された冷却用流体を前記流路に導く貫通孔が設けられ、該貫通孔の内面が断熱材で被覆されていることが好ましい。
本発明によれば、主軸から排出された加熱された冷却用流体は、テーブルに貫通形成された貫通孔を通過させられてリニアモータ外面と磁気遮蔽板との間に形成された流路に導かれるが、貫通孔の内面を被覆する断熱材によって冷却用流体からテーブルへの伝熱が抑制され、テーブルの熱変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リニアモータから発生される磁気によって周囲の機械部品、特に、ベースが磁化されてしまうことを効果的に防止できる。また、この場合に、磁気遮蔽によってリニアモータ周りのスペースが大きく占有されることを防止できる。さらに、主軸を冷却した冷却用流体の流路を磁気遮蔽板とリニアモータ外面との隙間に形成することにより、冷却後の加熱された冷却用流体によるベースの熱変形を防止することができる。この場合に、磁気遮蔽のための隙間を冷却用流体の流路とするので、スペースを有効利用することができ、装置の大型化を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る工作機械について、図１〜図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１は、図１に示されるように、ステージ装置２と、該ステージ装置２に搭載されワーク（被加工部材）Ｗを把持するチャック３を備えた主軸４と、該主軸４に対向して配置され、ワークＷを加工（切削等）するための工具５を備える工具台６とを備えている。
【００１３】
前記ステージ装置２は、ベース７と、前記主軸４を搭載するテーブル８とを備えている。
前記ベース７は、その中央部に、主軸４の軸線と平行に貫通形成された内部空間９を備えるとともに、該内部空間９の下方にベース７の下面まで貫通する貫通孔１０を備えている。
また、前記テーブル８は、主軸４の下方に配される部位に上下方向に貫通して、主軸４と前記ベース７の内部空間９を連通する貫通孔１１を備えている。該貫通孔１１の内面は、断熱材１２によって被覆されている。
【００１４】
ベース７とテーブル８との間には、図２に示されるように、ベース７に対してテーブル８を水平移動可能に支持するガイド手段１３と、ベース７に対してテーブル８を水平方向に推進するリニアモータ１４とが備えられている。
ガイド手段１３は、図２に示されるように、ベース７に対して微小隙間を空けて配置されるテーブル８のベース７との対向面を凹ませた複数の凹部１５に加圧されたオイルを供給してなる複数の静圧パッド（以下、静圧パッド１３とも言う。）により構成されている。加圧されたオイルの供給については後述する。
【００１５】
静圧パッド１３を構成する凹部１５は、ベース７またはテーブル８を水平方向および垂直方向に挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。これらの静圧パッド１３に所定の圧力のオイルを供給して、テーブル８に対して上下方向および水平方向に静圧力を加えてバランスさせることで、ベース７に対してテーブル８を上下方向および水平方向に浮上した状態に維持することができるようになっている。
【００１６】
また、前記リニアモータ１４は、図１に示されるように、ブラケット１６およびナット１７により、ベース７に固定された内部シャフト１８と、テーブル８に固定されたスライダ（可動部材）１９とを備えている。内部シャフト１８には、外部から供給される電流により周囲に磁場を発生するコイル（図示略）が内蔵されているとともに、軸方向に貫通する貫通孔１８ａが設けられている。また、前記スライダ１９は略筒状に形成され、その中央孔１９ａに前記内部シャフト１８が貫通状態に配されるようになっている。スライダ１９の中央孔１９ａ内面には、軸方向に沿って複数の円環状の永久磁石２０が配列されている。永久磁石２０は、軸方向に沿ってＮ極とＳ極とを交互に逆方向に向けて配列されている。
【００１７】
したがって、内部シャフト１８のコイルに電流が供給されて内部シャフト１８の周囲に磁場が形成されると、その磁場内に配される永久磁石２０の磁力の作用によって内部シャフト１８に対してスライダ１９が軸方向に推進させられるようになっている。そして、コイルに加える電流を制御することにより、スライダ１９を内部シャフト１８に対して任意の水平方向位置に位置決めすることができるようになっている。
【００１８】
リニアモータ１４を構成するスライダ１９には、鉄製の板材からなる遮蔽板（磁気遮蔽板）２１がスライダ１９の側面および下面を覆うように取り付けられている。遮蔽板２１は、図２〜図４に示されるように、スライダ１９との間に挟まれる間隔部材２２を介してスライダ１９に固定されることにより、スライダ１９との間に所定の隙間２３を空けて配置されている。遮蔽板２１とスライダ１９との隙間２３には、前記貫通孔１１が連通している、また、スライダ１９の下面を覆う遮蔽板２１には貫通孔２４が設けられるとともに、該貫通孔２４から下方に向かって延びる案内筒部２５が設けられている。
【００１９】
前記主軸４は、図示しないが、静圧パッドによって回転自在に支持されたシャフトを回転駆動するモータと、シャフトの先端に配置され、ワークＷを把持するために開閉させられるチャック３の開閉機構とを備えている。
また、前記工具台６も、図示しない静圧パッドとリニアモータとを備えている。
【００２０】
次に、本実施形態に係る工作機械１へのオイルの供給について説明する。
本実施形態に係る工作機械１には、図５に示されるように、前記ステージ装置２、主軸４および工具台６の静圧パッド１３，２６，２７に加圧されたオイルを供給するオイル供給装置２８が備えられている。オイル供給装置２８は、オイルを貯留するオイルタンク２９と、該オイルタンク２９内のオイルを加圧して送り出すモータポンプ３０と、オイルタンク２９内のオイルの温度を調節するオイル温度調節装置３１とを備えている。図中、符号３２はストレーナ、符号３３は油面計、符号３４はフィルタ、符号３５はアキュムレータ、符号３６は圧力計、符号３７は圧力スイッチ、符号３８，３９はオイルパンである。
【００２１】
オイル供給装置２８の作動により、各静圧パッド１３，２６，２７には所定の圧力および温度に調節されたオイルが、オイル供給配管４０，４１を介して供給されるようになっている。
また、オイル供給装置２８は、前記内部シャフト１８に設けられた貫通孔１８ａにもオイル供給配管４２を介して接続されている。これにより、内部シャフト１８の貫通孔１８ａには、オイル供給装置２８によって所定の温度に調節されたオイルが流通させられるようになっている。
また、オイル供給装置２８は、前記主軸４に設けられたモータ４３の周囲およびチャック３の開閉機構を構成するピストン４４にも、所定の圧力および温度に調節されたオイルを、オイル供給配管４５を介して供給するようになっている。
【００２２】
ステージ装置２の静圧パッド１３に供給されたオイルは、テーブル８を浮上させた後に凹部１５から浸み出してベース７に設けられた回収溝４６、あるいは、ベース７中央の内部空間９に流出し、貫通孔１０を介してベース７の下方に流下させられるようになっている。ベース７の下部にはオイルパン３８が配置され、貫通孔１０を介して流下してきたオイルＡを回収するようになっている。
【００２３】
また、ステージ装置２のリニアモータ１４の内部シャフト１８の一端から貫通孔１８ａ内に供給されたオイルは、内部シャフト１８に設けた貫通孔１８ａ内を流通する間に内部シャフト１８において発生したコイルの発熱を冷却し、加熱された状態で内部シャフト１８の他端から排出され、図示しない経路をたどってオイルパン３８に回収されるようになっている。
【００２４】
また、主軸４に供給されたオイルは、モータ４３の周囲を流通させられてモータ４３の発熱を冷却し、あるいは、静圧パッド２６に供給されてシャフトを回転自在に浮上させた後にテーブル８を設けた貫通孔１１を介してベース７の内部空間９内に流入させられる。テーブル８の貫通孔１１は、ベース７の内部空間９に配置したリニアモータ１４と遮蔽板２１との隙間２３に連通している。したがって、図６に示されるように、テーブル８の貫通孔１１を流下してきたオイルは、リニアモータ１４と遮蔽板２１との隙間２３を介して矢印の通りに案内筒部２５に導かれ、案内筒部２５からベース７下部のオイルパン３８に向けて排出されるようになっている。
【００２５】
なお、オイルパン３８によって回収されたオイルＡは、オイル供給装置２８のオイルタンク２９に戻されて再利用されるようになっている。
また、工具台６の静圧パッド２７およびリニアモータ４７に供給されたオイルは、別途工具台６に設けられたオイルパン３９に回収された後に、オイル供給装置２８のオイルタンク２９に戻されるようになっている。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係る工作機械１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械１により、ワークＷを加工するには、まず、オイル供給装置２８を作動させて、オイル温度調節装置３１により所定の温度に調節されたオイルを、モータポンプ３０によって、ステージ装置２、主軸４および工具台６に加圧供給する。
【００２７】
ステージ装置２に供給されたオイルは、静圧パッド１３に供給されることにより、テーブル８をベース７に対して上下方向および水平方向に浮上した状態に支持する。オイルは、所定の温度に温度調節されているので、オイルの発熱によってテーブル８やベース７が熱変形を生ずることがなく、所定の温度に維持される。
また、リニアモータ１４を構成する内部シャフト１８の貫通孔１８ａに供給されたオイルは、内部シャフト１８を通過させられる間に内部シャフト１８を冷却する。
【００２８】
主軸４に供給されたオイルは、静圧パッド２６に供給されることにより、シャフトを浮上した状態に支持する。また、オイルは、モータ４３の周囲に供給されることにより、モータ４３の周囲を流通させられる間に、モータ４３を冷却する。さらに、オイルは、開閉機構を構成するピストン４４に供給されることにより、チャック３を閉じてワークＷを把持する。
【００２９】
また、工具台６に供給されたオイルは、静圧パッド２７に供給されることにより、工具５を浮上した状態に支持する。また、工具台６に供給されたオイルは、リニアモータ４７に供給されることにより、工具５を所定の速度でワークＷに近接させるように、ステージ装置２のテーブル８の推進方向とは直交する水平方向に推進する。
【００３０】
次いで、リニアモータ１４のコイルに電流を供給して、テーブル８に対し水平方向に推進力を付与する。この場合に、コイルに供給する電流を制御することにより、テーブル８の移動速度やテーブル８の位置を調節することができる。
また、主軸４のモータ４３に電流を供給してワークＷを回転させる。そして、近接させられてきた工具５をワークＷに接触させることにより、ワークＷを加工することができる。
【００３１】
この場合において、リニアモータ１４のコイルは、内部シャフト１８内に配置されているので、電流を供給されたコイルはその電流値と抵抗値とに応じた発熱を生じ、内部シャフト１８を加熱することになる。また、主軸４のモータ４３もワークＷを高速回転させるために発熱する。
【００３２】
本実施形態に係る工作機械１のステージ装置２によれば、内部シャフト１８に形成された貫通孔１８ａに、オイル供給装置２８からの温度調節されたオイルが流通させられているので、コイルにおいて発生した熱がオイルによって冷却され、内部シャフト１８の発熱によるスライダ１９の加熱、さらには、スライダ１９に接続されたテーブル８の加熱が防止される。したがって、テーブル８における熱変形の発生が防止され、テーブル８の位置決め精度の低下を防止することができる。
また、主軸４のモータ４３の周囲にも、オイル供給装置２８からの温度調節されたオイルが流通させられているので、モータ４３の発熱がオイルによって冷却されることになる。
【００３３】
そして、この場合において、リニアモータ１４を冷却した後の加熱されたオイルは、内部シャフト１８の他端から直接外部のオイルパン３８に排出される。したがって、内部シャフト１８を冷却することにより加熱されたオイルによってテーブル８が加熱されてしまう不都合をより確実に防止することができる。
【００３４】
一方、主軸４のモータ４３を冷却した後の加熱されたオイルは、図４に示されるように、テーブル８に設けられた貫通孔１１を介してベース７の内部空間９に入り、該内部空間９内に配置されている遮蔽板２１とリニアモータ１４との間の隙間２３を介して、案内筒部２５からオイルパン３８に排出される。テーブル８に設けられた貫通孔１１内壁面には断熱材１２が設けられているので、オイルの熱がテーブル８に伝達することはなく、また、ベース７の内部空間９内に入ったオイルがベース７の内壁面に接触することが遮蔽板２１によって阻止されるので、オイルの熱によってベース７が熱変形することも防止される。
【００３５】
また、本実施形態に係る工作機械１においては、リニアモータ１４周囲に設けた遮蔽板２１が、鉄製の板材によって構成され、しかも、リニアモータ１４の外面に対して所定の隙間２３を空けて配置されているので、リニアモータ１４の永久磁石２０やコイルの発生する磁束が遮蔽板２１から外側に漏洩することが効果的に防止される。その結果、ベース７やテーブル８等のリニアモータ１４の周囲に配置されている機械部品がリニアモータ１４の永久磁石２０等の強力な磁力によって磁化されてしまうことを阻止することができる。
【００３６】
また、従来のように、アウターヨークによって磁束の漏洩を防止する方法と比較すると、遮蔽板２１とスライダ１９という磁性部材の間に空気層２３を有する本実施形態における遮蔽構造の方が、薄くて高い遮蔽効果を達成することができる。したがって、ベース７内に形成する内部空間９の容積を小さくすることができ、ベース７の小型化、ひいては工作機械１全体の小型化を図ることができる。
【００３７】
また、リニアモータ１４の冷却が、ベース７に固定された内部シャフト１８に設けられた貫通孔１８ａにオイルを流通させることにより行われるので、オイル供給装置２８から内部シャフト１８の貫通孔１８ａにオイルを供給するオイル供給配管４２を固定配管とすることができる。その結果、オイル供給配管４２の設置スペースを小さくすることができ、工作機械１全体の小型化を図ることができる。
【００３８】
なお、上記実施形態においては、遮蔽板２１として鉄板を採用したが、これに代えて、他の任意の磁性材料からなる板材を採用することにしてもよい。また、主軸４にワークＷを取り付ける場合について説明したが、これに代えて、主軸４に工具５を取り付けることにしてもよい。また、上記実施形態においてステージ装置２に適用した冷却構造を工具台６に適用することにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械を示す一部を破断した正面図である。
【図２】図１の工作機械のステージ装置の構造を説明する一部を破断した側面図である。
【図３】図２のステージ装置のリニアモータ周囲の構造を説明する部分的な正面図である。
【図４】図３のリニアモータ周囲の構造の部分的な平面図である。
【図５】図１の工作機械におけるオイルの供給系を説明する回路図である。
【図６】図２のリニアモータ周囲におけるオイルの流れを説明する拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｗ  ワーク（被加工部材）
１  工作機械
４  主軸
５  工具
７  ベース
８  テーブル
１１  貫通孔
１２  断熱材
１４  リニアモータ
２１  遮蔽板（磁気遮蔽板）
２３  隙間（流路）
２８  オイル供給装置（冷却流体供給装置）
【図１】
2006102903.tif 000003
【図２】
2006102903.tif 000004
【図３】
2006102903.tif 000005
【図４】
2006102903.tif 000006
【図５】
2006102903.tif 000007
【図６】
2006102903.tif 000008