(57)【要約】【課題】  高速直線運動機構について説明する。【解決手段】  一実施形態では、本運動機構は、ベース部と、撓み部と、変換器とを含む。撓み部は、ベース部に接しており、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、実質的に第１の方向に延びかつペイロード支持部に接する第１の複数の細長い部分とを含む。変換器は、作動した時にペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成される。運動機構のその他の実施形態も説明している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
基底部と、
第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、
第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、
作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、
作動した時に第２の側方部に対して第３の直線方向に力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成された第２の変換器と、
を含む運動機構。
【請求項２】
第１の方向及び第３の方向が、互いに対向している場合に、第２の方向が、第４の方向と実質的に同一である、請求項１記載の運動機構。
【請求項３】
コンタクトポイントが、剛体又は半剛体材料を含む、請求項１記載の運動機構。
【請求項４】
コンタクトポイントが、剛体又は半剛体材料を含み、
ペイロード支持部、第１及び第２の側方部並びに基底部が、一体形になっている、
請求項１記載の運動機構。
【請求項５】
コンタクトポイント、ペイロード支持部、第１及び第２の側方部並びに基底部が、同一の材料からなる、請求項１記載の運動機構。
【請求項６】
コンタクトポイント、ペイロード支持部、第１及び第２の側方部並びに基底部が、チタン合金、アルミニウム合金又は鋼の少なくとも１つを含む、請求項５記載の運動機構。
【請求項７】
第１の変換器が作動しかつ第１の側方部に対して第１の方向に力を与えた時に、第１の側方部が、第２のコンタクトポイントの周りで回転し、
第２の変換器が作動しかつ第２の側方部に対して第３の方向に力を与えた時に、第２の側方部が、第４のコンタクトポイントの周りで回転する、請求項１記載の運動機構。
【請求項８】
第１及び第２の側方部が、実質的にＬ字形状である、請求項７記載の運動機構。
【請求項９】
基底部が基底ブロックを含み、
機構が、ペイロード支持部に向けてスプレーを供給するように基底ブロック上に配置された少なくとも１つのスプレーノズルをさらに含む、
請求項１記載の運動機構。
【請求項１０】
ペイロード支持部の位置を検出するように構成された位置プローブをさらに含む、請求項１記載の運動機構。
【請求項１１】
位置プローブが、容量計、レーザ測距器又は干渉計の少なくとも１つである、請求項１０記載の運動機構。
【請求項１２】
ペイロード支持部に取り付けられたペイロードをさらに含み、
ペイロードが、切削工具又はレーザヘッドの少なくとも１つを含む、
請求項１記載の運動機構。
【請求項１３】
ペイロードが、ダイヤモンド切削工具を含む、請求項１２記載の運動機構。
【請求項１４】
基底部及びペイロード支持部の少なくとも一部間に設けられてペイロード支持部の運動に対して粘弾性減衰を与えるように構成された拘束層をさらに含む、請求項１記載の運動機構。
【請求項１５】
拘束層が、ポリプロピレンを含む、請求項１４記載の運動機構。
【請求項１６】
第１及び第２の変換器が、圧電スタックを含む、請求項１記載の運動機構。
【請求項１７】
ペイロード支持部の運動の共振振動数が、約４ｋＨｚよりも大きい、請求項１記載の運動機構。
【請求項１８】
第１の変換器及び第２の変換器が、互いに反対極性を有するように構成される、請求項１記載の運動機構。
【請求項１９】
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
基底部と、
第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、
第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、
作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、
を含む運動機構。
【請求項２０】
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
基底部と、
第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、
第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、
作動した時に第１の側方部に対して第１の方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、
第２の側方部に対して第３の方向に付勢力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成されたスプリングと、
を含む運動機構。
【請求項２１】
被加工物を支持するように構成された被加工物支持体と、
運動機構と、
コントローラユニットと、
を含み、運動機構が、
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
基底部と、
第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、
第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、
作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、
作動した時に第２の側方部に対して第３の直線方向に力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成された第２の変換器と、を含み、
コントローラユニットが、変換器を制御して、被加工物を切削する切削工具の運動を制御するように構成される、
運動制御システム。
【請求項２２】
ベース部と、
ベース部に接した撓み部と、
変換器と、
を含み、撓み部が、
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
実質的に第１の方向に延びかつペイロード支持部に接する第１の複数の細長い部分と、を含み、
変換器が、作動した時にペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成される、
運動機構。
【請求項２３】
撓み部が、
ペイロード支持部に接した端部と対向するそれぞれの第１の複数の細長い部分の端部において、第１の複数の細長い部分のそれぞれに接する少なくとも１つのバー部分と、
実質的に第１の方向に延びる第２の複数の細長い部分と、を含み、
第２の複数の細長い部分の各細長い部分が、第１の端部及び対向する第２の端部を有し、
第１の端部が、それぞれのコンタクトポイントを介してベース部に接し、また対向する端部が、それぞれの少なくとも１つのバー部分に接する、
請求項２２記載の運動機構。
【請求項２４】
細長い部分の各々が、その端部部分よりも剛度がある中間部分を有する、請求項２３記載の運動機構。
【請求項２５】
変換器が、第１の変換器端部を介してペイロード支持部に対して力を与え、
機構が、第１の変換器端部とは反対側の第２の変換器端部に接しかつ第２の変換器端部に対して圧縮力を与える予荷重スクリューをさらに含む、
請求項２３記載の運動機構。
【請求項２６】
撓み部の剛度が、変換器の剛度と実質的に同一である、請求項２２記載の運動機構。
【請求項２７】
ベース部及び撓み部が、同一の材料からなる、請求項２２記載の運動機構。
【請求項２８】
ベース部及び撓み部が、チタン合金、アルミニウム合金又は鋼の少なくとも１つを含む、請求項２７記載の運動機構。
【請求項２９】
基底部が基底ブロックを含み、
機構が、ペイロード支持部に向けてスプレーを供給するように基底ブロック上に配置された少なくとも１つのスプレーノズルをさらに含む、
請求項２２記載の運動機構。
【請求項３０】
ペイロード支持部の位置を検出するように構成された位置プローブをさらに含む、請求項２２記載の運動機構。
【請求項３１】
位置プローブが、容量計、レーザ測距器又は干渉計の少なくとも１つである、請求項３０記載の運動機構。
【請求項３２】
ペイロード支持部に取り付けられたペイロードをさらに含み、
ペイロードが、切削工具又はレーザヘッドの少なくとも１つを含む、
請求項２２記載の運動機構。
【請求項３３】
ペイロードが、ダイヤモンド切削工具を含む、請求項３２に記載の運動機構。
【請求項３４】
変換器が、圧電スタックを含む、請求項２２記載の運動機構。
【請求項３５】
ペイロード支持部の運動の共振振動数が、約４ｋＨｚよりも大きい、請求項２２記載の運動機構。
【請求項３６】
撓み部の剛度が、変換器の剛度の０．１〜４倍である、請求項２２記載の運動機構。
【請求項３７】
撓み部の剛度が、変換器の剛度の０．１〜２倍である、請求項３６記載の運動機構。
【請求項３８】
被加工物を支持するように構成された被加工物支持体と、
運動機構と、
コントローラユニットと、
を含み、運動機構が、
ベース部と、
ベース部に接した撓み部と、
変換器と、
を含み、撓み部が、
ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、
実質的に第１の方向に延びかつペイロード支持部に接する第１の複数の細長い部分と、を含み、
変換器が、作動した時にペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成され、
コントローラユニットが、変換器を制御して、被加工物を切削する切削工具の運動を制御するように構成される、
運動制御システム。
【請求項３９】
コントローラが、運動機構を制御して、被加工物の表面の平面内の方向及び被加工物の表面の平面に対して垂直な方向への運動を行わせるようにさらに構成される、請求項３８記載の運動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には工作機械システムのための運動機構に関し、またそのような機構を組み込んだ工作機械システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表面の機械加工を可能にする工作機械システムが、知られている。特に、切削しようとする表面に対してダイヤモンド切削工具を移動させて、その表面を機械加工する工作機械システムが知られている。これらのシステムでは、切削工具又は機械加工しようとする表面或いはその両方に対して、運動が与えられる。
【特許文献１】米国特許第６０４０６５３号明細書
【特許文献２】独国実用新案第９４２２３８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６０５２２５１号明細書
【特許文献４】米国特許第５６６８４３２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／００３５２３１号明細書
【特許文献６】米国特許第５７７１３２８号明細書
【特許文献７】米国特許第６３５４７０９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一実施形態では、運動機構を提供する。本運動機構は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、基底部と、第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、作動した時に第２の側方部に対して第３の直線方向に力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成された第２の変換器とを含む。
【０００４】
本発明の別の実施形態では、運動機構を提供する。本運動機構は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、基底部と、第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器とを含む。
【０００５】
本発明の別の実施形態では、運動機構を提供する。本運動機構は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、基底部と、第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、作動した時に第１の側方部に対して第１の方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、第２の側方部に対して第３の方向に付勢力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成されたスプリングとを含む。
【０００６】
本発明の別の実施形態では、運動制御システムを提供する。本運動制御システムは、被加工物を支持するように構成された被加工物支持体と、運動機構と、コントローラユニットとを含み、運動機構は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、基底部と、第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第２のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第１の側方部と、第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に結合されかつ第４のコンタクトポイントにおいて基底部に結合された第２の側方部と、作動した時に第１の側方部に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部が第１のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成された第１の変換器と、作動した時に第２の側方部に対して第３の直線方向に力を与えて、第２の側方部が第３のコンタクトポイントにおいてペイロード支持部に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成された第２の変換器とを含み、コントローラユニットは、変換器を制御して、被加工物を切削する切削工具の運動を制御するように構成される。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、運動機構を提供する。本運動機構は、ベース部と、ベース部に接した撓み部と、変換器とを含み、撓み部は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、実質的に第１の方向に延びかつペイロード支持部に接する第１の複数の細長い部分とを含み、変換器は、作動した時にペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成される。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、運動制御システムを提供する。本運動制御システムは、被加工物を支持するように構成された被加工物支持体と、運動機構と、コントローラユニットとを含み、運動機構は、ベース部と、ベース部に接した撓み部と、変換器とを含み、撓み部は、ペイロードを支持するように構成されたペイロード支持部と、実質的に第１の方向に延びかつペイロード支持部に接する第１の複数の細長い部分とを含み、変換器は、作動した時にペイロード支持部に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成され、コントローラユニットは、変換器を制御して、被加工物を切削する切削工具の運動を制御するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の現時点で好ましい実施形態について詳しく説明する。可能な場合には常に、図面全体を通して同一の参照符号を使用して、同じ又は同様な部分を示すことにする。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、ペイロードの運動を制約するために、単純な４本バー運動機構が設けられる。機構の対向するバーは等しい長さのものとして、小変位の場合には、得られる運動が平行になるようにするのが好ましい。ペイロードに隣接するバーは、運動変換器とペイロードとの間で機械的利点を得ることができるような方法で変換器に結合することができる。一実施形態では、２つの変換器を使用することができ、また反対極性で駆動させることができる。それに代えて、機構は、反対側の力としてスプリングを作用させた状態で、単一の変換器を含むことができる。
【００１１】
１以上の変換器によって得られる直線運動は、運動機構を小形サイズに形成するのを可能にする利点がある。これは次に、この小形サイズにより、運動機構が比較的高い振動帯域幅で作動することが可能になる。
【００１２】
図１及び図２は、本発明の好ましい実施形態による運動機構１０を示している。運動機構１０は、ペイロード支持部１２、第１の側方部１４、第２の側方部１６及び基底部１８を含む。運動機構１０は、ペイロード支持部１２に図１の紙面の平面（ｘ−ｙ平面）内における運動を行わせ、特にペイロード支持部１２に水平方向の運動（ｘ軸に沿った）を行わせる。この実施形態では、４本バー機構のバーは、第１及び第２の側方部１４及び１６、基底部１８並びにペイロード支持部１２を含む。
【００１３】
ペイロード支持部１２は、例えば切削工具又はレーザヘッドのようなペイロード２０を支持するように構成される。ペイロード２０が切削工具である場合には、その切削工具は、例えばダイヤモンド切削工具とすることができる。ペイロード２０がレーザヘッドである場合には、そのレーザヘッドは、光ファイバの端部及び対応する光学機器を含むことができ、光ファイバの反対側端部は、例えばレーザに対して光学的に結合される。
【００１４】
第１の側方部１４は、第１のコンタクトポイント３０においてペイロード支持部１２に結合されかつ第２のコンタクトポイント３２において基底部１８に結合される。第２の側方部１６は、第３のコンタクトポイント３４においてペイロード支持部１２に結合されかつ第４のコンタクトポイント３６において基底部１８に結合される。
【００１５】
運動機構１０はまた、ペイロード支持部１２、従ってペイロード２０に対して運動を与えるための第１の変換器４０及び第２の変換器４２を含む。第１の変換器４０は、作動した時に第１の側方部１４に対して第１の直線方向に力を与えて、第１の側方部１４が第１のコンタクトポイント３０においてペイロード支持部１２に対して第１の方向と実質的に直交する第２の方向に力を与えるように構成される。例えば、図１及び図２に示す構成では、第１の直線方向が＋ｙ方向である場合には、第２の方向は、＋ｘ方向である。逆に、第１の直線方向が−ｙ方向である場合には、第２の方向は、−ｘ方向である。
【００１６】
同様に、第２の変換器４２は、作動した時に第２の側方部１６に対して第３の直線方向に力を与えて、第２の側方部１６が第３のコンタクトポイント３４においてペイロード支持部１２に対して第３の方向と実質的に直交する第４の方向に力を与えるように構成される。例えば、図１及び図２に示す構成では、第３の直線方向が＋ｙ方向である場合には、第４の方向は、−ｘ方向である。逆に、第３の直線方向が−ｙ方向である場合には、第４の方向は、＋ｘ方向である。
【００１７】
この実施形態では、変換器４０及び４２は、「プッシュ・プル」構成として配置され、つまり第１の直線方向及び第３の直線方向が互いに反対である場合には、第２の方向は、第４の方向と実質的に同一である。例えば、第１の直線方向が＋ｙ方向であり、また第３の直線方向が−ｙ方向である場合には、第２の方向及び第４の方向は両方とも、＋ｘ方向である。従って、このケースでは、第１の変換器４０は、第１の側方部１４にペイロード支持部１２を「押す」ようにさせるが、第２の変換器４２は、第２の側方部１６にペイロード支持部１２を「引く」ようにさせる。変換器４０及び４２は、反対極性で駆動され、つまり一方の変換器は拡張するように駆動されるが、他方の変換器は収縮するように駆動されて、ペイロード支持部１２に対して同一方向の運動を与える。
【００１８】
コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６は、変換器によって発生された力を伝達するために、剛体又は半剛体材料を含むのが好ましい。コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６はまた、例えば運動の平面（図１のｘ−ｙ平面）内で比較的狭いのが好ましく、それらは、例えば運動の平面内において０．１ｍｍ×０．１ｍｍ〜３ｍｍ×３ｍｍの断面を有することができる。比較的狭いコンタクト部分は、そのコンタクト部分が十分に撓むのを可能にする。例えば、変換器４０が＋ｙ又は−ｙ方向に力を与えた時に、基底部１８と第１の側方部１４との間のコンタクト部分３２は、第１の側方部１４がコンタクト部分３２の周りで回転するのを可能にするように撓むことができなければならない。同様に、変換器４２が＋ｙ又は−ｙ方向に力を与えた時に、基底部１８と第２の側方部１６との間のコンタクト部分３６は、第２の側方部１６がコンタクト部分３６の周りで回転するのを可能にするように撓むことができなければならない。
【００１９】
この実施形態では、第１及び第２の側方部１４及び１６の両方は、Ｌ字形の底辺部分が互いの方向に向いた状態になった実質的にＬ字形状である。本発明は、特定の形状を有する第１及び第２の側方部に限定されるものではなく、実質的にＬ字形状以外の形状とすることができる。
【００２０】
コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６、ペイロード支持部１２、第１及び第２の側方部１４及び１６並びに基底部１８は全て、同一の材料ブロックで形成することができる。このようにして、コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６、ペイロード支持部１２、第１及び第２の側方部１４及び１６並びに基底部１８は全て、一体形にすることができる。例えば、コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６、ペイロード支持部１２、第１及び第２の側方部１４及び１６並びに基底部１８は全て、チタン合金、アルミニウム合金又は鋼ブロックで形成することができる。材料ブロックは、例えばワイヤ放電加工（ＥＤＭ）又は従来型のフライス加工によって機械加工して、コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６、ペイロード支持部１２、第１及び第２の側方部１４及び１６並びに基底部１８を一体形方式として形成することができる。
【００２１】
基底部１８は、基底ブロックを含むことができ、基底ブロックは、ペイロード支持部１２に向けてスプレーを供給するように基底ブロック上に配置された１以上のスプレーノズル５０を含むことができる。例えば、ペイロード２０が切削工具である場合には、スプレーノズル５０は、切削工具が被加工物内に切り込む時に形成される切りくず又はその他の屑を吹き払うために、空気又はその他のガスのスプレーを供給することができる。
【００２２】
変換器４０及び４２は、例えば圧電変換器とすることができる。例えば、変換器は、圧電結晶スタックで形成することができ、また例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）材料を含むことができる。
【００２３】
運動機構１０はまた、ペイロード支持部１２の位置を検出するための位置プローブ６０を含むことができる。位置プローブ６０は、運動機構１０がペイロード支持部１２及びそのペイロード２０を位置決めするように制御される時、フィードバックを提供する。位置プローブ６０は、例えば容量計、レーザ測距器又は干渉計の少なくとも１つとすることができる。
【００２４】
運動機構１０はまた、ペイロード支持部１２、従ってペイロード２０の運動に対して粘弾性減衰を行うように作用する拘束層７０を含むことができる。この減衰は、ペイロード２０を駆動する時に、ペイロード２０の指令位置に対するペイロード２０の実際位置におけるオーバシュート及びリンギングを減少させる。拘束層７０は、基底部１８とペイロード支持部１２との間に配置することができる。拘束層は、例えばポリプロピレンのような粘弾性材料を含むことができる。
【００２５】
変換器４０及び４２によって与えられる直線運動は、運動機構を小形サイズに形成することを可能にし、従って比較的高い振動帯域幅で作動させることができる。ペイロード支持部１２の運動の共振振動数は、例えば約４ｋＨｚよりも大きくすることができる。
【００２６】
図３は、本発明の別の好ましい実施形態を示している。図３に示す実施形態では、変換器の１つがスプリング８０で置き換えられているが、その他については同一である。同一の参照符号は、図１、図２及び図３において同じ構成要素を表している。スプリング８０は、第１の側方部１４に対して第１の方向に付勢及び復元力を与えて、第１の側方部１４が第２のコンタクトポイント３２においてペイロード支持部１２に対して力を与えるようにする。スプリング８０は、スプリングとして作用する捻り剛度をもたらす全体材料によるものとすることができる。
【００２７】
図５は、運動制御システムが撓み設計によるものである本発明の別の好ましい実施形態を示している。運動機構５１０は、ベース部５１２、撓み部５１４及び変換器５１６を含む。運動機構５１０は、撓み部５１４の一部であるペイロード支持部５１８に対して図５の紙面の平面（ｘ−ｙ平面）内における運動を与え、特にペイロード支持部５１８に対して水平方向運動（ｘ軸に沿った）を与える。コンタクトポイント３０、３２、３４及び３６のいずれか又は全てが、それらの組合せ捻り剛度がスプリングとして作用するように構成されている場合には、スプリング８０は、排除することができる。このようにして、スプリングは、運動機構の全体材料として形成することができる。
【００２８】
変換器５１６は、例えば圧電変換器とすることができる。例えば、変換器５１６は、圧電結晶スタックで形成することができ、また例えばＰＺＴ材料を含むことができる。
【００２９】
図１及び図２に示す実施形態と同様な方式で、この実施形態では、ペイロード支持部５１８は、例えば切削工具又はレーザヘッドのようなペイロード５２０を支持するように構成される。ペイロード５２０が切削工具である場合には、その切削工具は、例えばダイヤモンド切削工具とすることができる。ペイロード５２０がレーザヘッドである場合には、そのレーザヘッドは、光ファイバの端部及び対応する光学機器を含むことができ、光ファイバの反対側端部は、例えばレーザに対して光学的に結合される。
【００３０】
撓み部５１４は、第１の複数の細長い部分５３０を含む。第１の複数の細長い部分５３０の各々の一端部は、ペイロード支持部５１８に接する。第１の複数の細長い部分５３０の各々は、実質的に第１の方向、つまり例えば図５に示すｙ方向に延びる。
【００３１】
撓み部５１４はまた、第２の複数の細長い部分５３４及びバー部分５３６を含むことができる。第２の複数の細長い部分５３４は、例えば第１の複数の細長い部分５３０と実質的に同一の方向に延び、それらは共に、図５に示すように実質的にｙ方向に延びる。
【００３２】
バー部分５３６の各々は、第１の複数の細長い部分５３０のそれぞれの細長い部分を第２の複数の細長い部分５３４のそれぞれの細長い部分に結合するように機能する。例えば、図５に示すように、上部における第１の複数の細長い部分５３０の２つは、バー部分５３６の上部の１つを介して上部における第２の複数の細長い部分５３４の２つと結合され、またこれに対応して、下部における第１の複数の細長い部分５３０の２つは、バー部分５３６の下部の１つを介して下部における第２の複数の細長い部分５３４の２つと結合される。
【００３３】
第２の複数の細長い部分５３４の細長い部分の各々は、第１の端部と、第１の端部に対向する反対側端部とを有する。第１の端部は、それぞれのコンタクトポイントにおいてベース部５１２に接し、一方、反対側端部は、バー部分５３６の１つに接する。
【００３４】
第１の複数の細長い部分５３０の細長い部分の各々は、それぞれのバー部分５３６に接する１つの端部、及びペイロード支持部５１８に接する反対側端部を有する。
【００３５】
変換器５１６は、ペイロード支持部５１８に対して、第１の方向と実質的に直交する第２の方向（実質的に細長い支持部の方向）、例えば図５に示すｘ方向に力を加える。細長い部分５３０の方向と実質的に直交する力を加えることは、細長い部分５３０がそれらのバー部分５３６及びペイロード支持部５１８とのそれぞれのコンタクトポイントにおいて撓むのを可能にし、また細長い部分５３４がそれらのバー部分５３６及びベース部５１２とのそれぞれのコンタクトポイントにおいて撓むのを可能にする。
【００３６】
図６には、細長い部分５３０及び５３４がそれぞれのコンタクトポイントにおいて撓むのを示している。図５は、変換器５１６が撓み部５１４に対して力を加えていない状態における運動機構５１０を示しており、一方、図６は、変換器５１６が撓み部５１４に対して右方つまり＋ｘ方向に力を加えている状態における運動機構５１０を示している。図６に見られるように、細長い部分５３０及び５３４は、それらのコンタクトポイントにおいて撓んでいる。図５は、ペイロード５２０の最小移動状態に対応しており、一方、図６は、ペイロード５２０の＋ｘ方向への最大移動状態に対応している。
【００３７】
図５に戻ると、運動機構５１０は、変換器５１６に対して圧縮力を与えるように機能する予荷重スクリュー５４０を含むことができる。変換器５１６は、一端部においてペイロード支持部５１８に対して力を与え、一方、変換器５１６の反対側端部は、予荷重スクリューに接する。変換器５１６が圧電スタックを含むケースでは、予荷重スクリューによる圧縮力は、圧電スタックに電圧が印加されていない時に、圧電スタックがバラバラになるのを防止するのを助ける。
【００３８】
予荷重スクリュー５４０は、所望通りの圧縮を与えるように調整することができる。大きな圧縮は、スタックがバラバラに破壊するのを防止する助けをするが、この大きな圧縮はまた、ペイロード５２０に対して与えることができる最大移動量を減少させる。
【００３９】
撓み部５１４の剛度は、変換器５１６の剛度と同程度であるのが好ましい。同程度の剛度により、変換器５１６によって駆動されるペイロード５２０の運動における良好な反復性が可能になり、またより高い振動帯域幅性能が得られる。変換器５１６の力の範囲は、予荷重スクリュー５４０による圧縮力を調整することによって調整することができる。撓み部５１４の剛度は、変換器５１６の剛度の１／１０〜４倍、又は例えば変換器５１６の剛度の１／１０〜２倍とすることができる。撓み部５１４の剛度は、変換器５１６の剛度と実質的に同一であるのが好ましい。
【００４０】
ベース部５１２及び撓み部５１４は、同一の材料ブロックで形成することができる。このようにして、ベース部５１２及び撓み部５１４は、一体形とすることができる。例えば、ベース部５１２及び撓み部５１４は、チタン合金、アルミニウム合金又は鋼ブロックで形成することができる。ブロックは、機械加工して、ベース部５１２及び撓み部５１４を一体形に形成することができる。
【００４１】
ベース部５１２は、基底ブロックを含むことができ、また基底ブロックは、ペイロード支持部５１８に向けてスプレーを供給するように基底ブロック上に１以上のスプレーノズル５５０を含むことができる。例えば、ペイロード５２０が切削工具である場合には、スプレーノズル５５０は、切削工具が被加工物内に切り込む時に形成される切りくず又はその他の屑を吹き払うために、空気又はその他のガスのスプレーを供給することができる。
【００４２】
運動機構５１０はまた、ペイロード支持部５１８の位置を検出するための位置プローブ５６０を含むことができる。位置プローブ５６０は、運動機構５１０がペイロード支持部５１８及びそのペイロード５２０を位置決めするように制御される時、フィードバックを提供する。位置プローブ５６０は、例えば容量計、レーザ測距器又は干渉計の少なくとも１つとすることができる。
【００４３】
運動機構５１０はまた、ペイロード支持部５１８、従ってペイロード５２０の運動に対して粘弾性減衰を行うように作用する拘束層５７０を含むことができる。この減衰は、ペイロード５２０を駆動する時に、ペイロード２０の指令位置に対するペイロード５２０の実際位置におけるオーバシュート及びリンギングを減少させる。拘束層５７０は、ペイロード支持部５１８、細長い部分５３０及び５３４並びにベース部５１２間の領域を充たすように配置することができる。拘束層５７０は、例えばポリプロピレンのような粘弾性材料を含むことができる。
【００４４】
図７は、図５に示すのと同様な実施形態を示している。しかしながら、図７の実施形態では、細長い部分５３０及び５３４の各々の厚さは、その端部部分よりも剛度がある中間部分５８０を有する。これは、例えば中間部分５８０を端部部分よりも厚くすることによって、又は端部部分の材料よりも高い剛度を有する材料で中間部分を形成するようにすることによって達成することができる。この実施形態では、撓み部５１４の回転剛度が増大している。
【００４５】
図４は、運動機構１１０を使用した本発明の実施形態による工作機械システム１００を示しており、この運動機構１１０は、図１〜図３について上述したペイロード２０としての切削工具を備えた運動機構１０、又は図５〜図７について上述したペイロード５２０としての切削工具を備えた運動機構５１０とすることができる。工作機械システム１００は、回転ドラムのような被加工物支持体１１２上に設けられた被加工物（図示せず）の機械加工を行う。本工作機械システムは、コントローラユニット１１４を含み、コントローラユニット１１４は、変換器４０及び４２（或いは運動機構１０の図３の実施形態では変換器４０のみ（図１〜図３参照）、又は図５〜図７の実施形態では変換器５１６のみ）を制御し、また運動機構１０又は５１０の位置プローブ６０又は５６０からのフィードバックを受ける。入／出力データプロセッサ１０２が、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット１０４に対して切削指令を与え、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット１０４が、デジタル−アナログ（ＤＡ）変換装置１０６に信号を供給する。電圧増幅器１０８が、ＤＡ変換装置１０６から信号を受信し、切削工具ペイロード２０の運動を行わせるように運動機構１０又は５１０の変換器を駆動する（図１〜図３又は図５〜図７参照）。位置プローブ６０（図１〜図３参照）又は５６０（図５〜図７参照）は、ペイロードの位置を検知して、その位置を表す信号をセンサ増幅器１１８に提供する。増幅器１１８は、信号を増幅する。増幅した信号は、アナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０に導かれる。旋盤エンコーダ１１６が、被加工物支持体１１２上の被加工物の位置を判定し、フィードバック信号をＡ／Ｄ変換器１２０に提供する。従って、Ａ／Ｄ変換器１２０は、切削工具の位置及び被加工物支持体１１２上の被加工物の位置を表すフィードバック信号をデジタル信号処理ユニット１０４に対する出力として提供する。ＤＳＰユニット１０４は、処理した信号を入／出力プロセッサ１０２に提供する。所望通りに、ペイロード２０を駆動することができる。本工作機械システムは、運動機構１１０に加えて運動を行わせることができる。機械加工している時に、被加工物の表面の基準平面内において、切削方向として定義される方向に追加的な運動を行わせることができる。被加工物の表面の基準平面内及び基準平面外における、送り方向として定義される方向への付加的な運動もまた、行わせることができる。運動機構１１０は、切削方向、切削方向と直交する表面の平面内における方向、送り方向、又はあらゆるそれらの組合せ方向への運動を行わせるために使用することができる。
【００４６】
本発明をその特定の実施形態に関して詳細に説明してきたが、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく本発明において様々な変更及び改良を加えることができることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明の広さ及び技術的範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、提出した特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の好ましい実施形態による運動機構の平面図。
【図２】図１の運動機構の斜視図。
【図３】本発明の別の好ましい実施形態による運動機構の平面図。
【図４】本発明の実施形態による工作機械システムの概略図。
【図５】本発明の別の好ましい実施形態による運動機構の概略図。
【図６】変換器が撓み部に対して力を与えている場合における、図５に示すような運動機構の概略図。
【図７】本発明のさらに別の好ましい実施形態による運動機構の概略図。
【符号の説明】
【００４８】
１０  運動機構
１２  ペイロード支持部
１４  第１の側方部
１６  第２の側方部
１８  基底部
２０  ペイロード
３０  第１のコンタクトポイント
３２  第２のコンタクトポイント
３４  第３のコンタクトポイント
３６  第４のコンタクトポイント
４０  第１の変換器
４２  第２の変換器
５０  スプレーノズル
６０  位置プローブ
７０  拘束層
８０  スプリング
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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