(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドと、
前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸を有する主軸台と、
前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、
前記ロールの長手方向を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、
ロールの長手方向と直角の方向に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、
前記テーブル上に設置され、前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、前記エアスライダを駆動するリニアモータと、を備えたエアスライド装置と、
前記エアスライド装置の前記エアスライダと同期して同方向に移動する移動テーブルと、前記移動テーブルに支持された切子吸引部と、前記切子吸引部を経由して前記エアスライドにエア、冷却水、電力を供給するケーブル束を備える切子吸引装置と、
を具備したことを特徴とする精密ロール旋盤。
【請求項２】
前記テーブルには、複数本のバイトが固定された刃物台を有する旋回台が設置され、前記刃物台に、前記エアスライド装置が配置されたことを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。
【請求項３】
前記テーブル上で前記旋回台をロールの長手方向と直角に移動し、前記エアスライド装置を加工位置に位置決めする軸をＸ軸、前記サドルをロールの長手方向に移動する軸をＺ1軸、前記エアスライダを前記リニアモータで移動する軸をＺ2軸とし、前記切子吸引装置の移動テーブルを移動する軸をＷ軸、としたことを特徴とする請求項１に記載の精密ロール旋盤。
【請求項４】
前記エアスライド装置のエアスライダが始動、停止、方向転換するときに前記サドルを前記エアスライダの移動方向と逆方向に移動させて前記エアスライダに生じる慣性力を相殺するため、前記Ｚ1軸とＺ2軸を連係して制御する慣性力補正手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の精密ロール旋盤。
【請求項５】
エアスライド装置は、前記刃物台に着脱可能に取り付けられるアタッチメントとして構成されたことを特徴とする請求項２に記載の精密ロール旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密ロール旋盤に係り、特に、レンズシートなどの光学製品を押出成形するロール金型の加工に用いられる精密ロール旋盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロールを加工する工作機械にはロール旋盤がある。ロール旋盤は、ダイヤモンドバイトなどを取り付けた刃物台を往復台に設置した旋盤である。主軸台でロールを回転させ、往復台を前後方向（Ｘ軸）に送りながら周方向の溝を加工するのが基本的な使い方である。ロールに軸方向の溝を加工する場合は、主軸台（Ｃ軸）でロールを割り出しながら、往復台を左右方向（Ｚ軸）に送ることにより、軸方向の溝を創生することができる。
【０００３】
近年、機械制御技術の進歩によって、ロール旋盤による超精密加工が実現されている。最近では、光学レンズの成形に用いる金型の加工がロール旋盤で実施されるようになってきている。このような超精密加工を実現するロール旋盤として、出願人は、特許文献１乃至５に挙げる精密ロール旋盤を提案している。
【０００４】
この精密ロール旋盤は、刃物旋回台に通常の刃物台とフライカッタスピンドル装置とを設置しているので、両者を使い分けることにより、ロールを連続回転させて縦溝（周方向の溝）を切削できるのはもちろん、フライカッタによりロールを割り出しながら横溝（軸方向の溝）についても高精度の加工を行うことができる。
【０００５】
この精密ロール旋盤によれば、液晶パネルのバックライトに使用されるレンチキュラーレンズシート、クロスレンチキュラーレンズシート、プリズムシートなどの押出成形に用いる超精密のロール金型の加工を実現することができる。
【特許文献１】特願２００６−１３００６６号
【特許文献２】特願２００６−１３５５６０号
【特許文献３】特願２００６−１５６３８８号
【特許文献４】特願２００６−１６５１４４号
【特許文献５】特願２００６−１６６４０４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種のロール旋盤によるロール金型の超精密加工では、１本のロールについて加工を終了するまでに長時間を要するという問題がある。最近では、液晶パネルの大型化の進展に伴い、ロールも大型になっており、例えば、長さ２メートルものレンズシート用ロール金型を加工することもある。
【０００７】
１本の溝を加工すること自体は、時間がかかるものではない。上記のロールの場合、軸方向に１本の横溝を加工するのに１分程度かかる。しかし、レンズシート用のロール金型の場合は、その溝一つ一つが微細なため、全体では膨大な数の溝を加工しなければならない点に大きな特徴がある。ロール全体では、横溝を仮に３万本とすると、１本のロールにすべての横溝を中断なく加工して３００００分、つまり５００時間、３週間かかることになる。
【０００８】
このような課題に対して、本出願人はバイトを高速でロールの長手方向に直線移動させるためのエアスライド装置をロール旋盤の刃物台に取り付けて利用することを検討している。
【０００９】
このエアスライド装置をロールの精密加工に使用する場合、高速で往復運動するエアスライダにエアや電力をどのように供給するかが問題になる。従来のように、運動に追従して撓むケーブルチェーンで供給すると、ケーブルチェーンが変形するときに振動が生じ、その振動が加工精度を低下させるという問題がある。
【００１０】
また、エアスライダが、動き出し、あるいは停止する瞬間、方向を変える瞬間に、慣性力が働いて振動が発生するので、そのときに振動が加工精度を大きく低下させるということも解決すべき課題として浮上している。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、エアスライド装置を刃物台に設置して、ロールの超精密加工を行うときに、エアスライド装置に生じる振動を可及的に抑制し、超精密加工範囲が著しく広くなるロール加工をより高精度にするために支援する様々な機能を付加した精密ロール旋盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明に係る精密ロール旋盤は、ベッドと、前記ベッド上に設置され、ワークであるロールの一端をチャックで保持しながら該ロールに回転を与える主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して前記ベッド上に配置され、前記ロールの一端を回転自在に支持する心押台と、前記ロールの長手方向を移動可能に前記ベッド上に設置されたサドルと、ロールの長手方向と直角の方向に移動可能に前記サドル上に設置されたテーブルと、前記テーブル上に設置され、前記ロールの長手方向と平行に延びるガイドレールと、前記ガイドレール上を浮揚状態で走行し、ダイヤモンドバイトを保持するエアスライダと、前記エアスライダを駆動するリニアモータと、を備えたエアスライド装置と、前記エアスライド装置の前記エアスライダと同期して同方向に移動する移動テーブルと、前記移動テーブルに支持された切子吸引部と、前記切子吸引部を経由して前記エアスライドにエア、冷却水、電力を供給するケーブル束を備える切子吸引装置と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エアスライド装置を刃物台に設置して、ロールの超精密加工を行うときに、エアスライド装置に生じる振動を可及的に抑制し、超精密加工範囲が著しく広くなるロール加工をより高精度にするために支援する様々な機能を付加することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による精密ロール旋盤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は、本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を正面から表した斜視図であり、図２は、ロールを設置していない状態で、図１とは反対側から表した斜視図である。
【００１５】
図１および図２において、参照番号１０は、ベッドを示す。このベッド１０の上には、主軸台１２、心押台１４、往復台１６が配置されている。ワークはロール形状のロールＷであり、主軸台１２と心押台１４とで回転自在に支持されている。  
主軸台１２は、ベッド１０の長手方向の一端部に配置されている。この主軸台１２は、本体部１７と、主軸１８と、この主軸１８の先端に取り付けられたチャック１９と、主軸１８を駆動するサーボモータ２０を含む。主軸１８は本体部１７に内蔵されている図示しない油静圧軸受により支持されている。チャック１９は、ロールＷの軸を把持し、主軸１８の回転をロールＷに伝達する。
【００１６】
この主軸台１２では、主軸１８を駆動するサーボモータ２０は、主軸１８を直接駆動するビルトイン型のサーボモータとして構成されている。主軸１８の回転量は、エンコーダにより検出される。このエンコーダの検出信号をフィードバックして主軸１８の位置制御および速度制御を行うことにより、主軸台１２にはロールＷの円周方向の割出しを行う割出し軸（Ｃ軸）としての機能と、主軸１８を一定の回転数（数百回転まで）で連続回転させる機能が付加されている。
【００１７】
次に、図１、図２において、心押台１４は、主軸台１２に対向してベッド１０上に配置されている。ベッド１０の上面には図示しない案内面が設けられ、心押台１４は移動可能に設置されている。心押台１４は、従来一般の心押軸の代わりに主軸２４を備えており、この主軸２４に取り付けたチャック２５でロールＷの軸を回転自在に支持する。このような心押台１４は、基本的な構成は主軸台１２と同様のものである。
【００１８】
次に、往復台１６について説明する。  
往復台１６は、ロールＷの軸方向に移動可能にベッド１０上に設置されているサドル２６を含む。このサドル２６の上には、ロールＷの軸方向と直角な方向に移動可能にテーブル２８が設置されている。
【００１９】
本実施形態の精密ロール旋盤では、サドル２６を送る軸がＺ1軸で、サドル２６上でテーブル２８を送る軸がＸ軸である。そして、この精密ロール旋盤では、Ｘ軸、Ｚ1軸の他、主軸台１２にはＣ軸、テーブル２８に設けられた刃物旋回台３０にはＢ軸および、以下に詳細に説明するように、Ｚ2軸、Ｗ軸が設けられている。
【００２０】
刃物旋回台３０の上には、刃物台３２が取り付けられている。この実施形態の場合、刃物台３２には、通常のバイト３１が取り付けられる他、エアスライド装置４０がアタッチメントとして着脱できるようになっている。
【００２１】
刃物台３２には、周方向に所定の間隔でバイト３１が配列されている。この実施形態では、バイト３１が４本、刃物台３２を６０度毎旋回させて割り出すことができるようになっている。バイト３１には、超精密加工の場合にはダイヤモンドバイトが使用される。
【００２２】
本実施形態による精密ロール旋盤では、刃物台３２には、次のようなエアスライド装置４０が設置されている。    
図３は、エアスライド装置４０の本体を示す斜視図である。このエアスライド装置４０は、ダイヤモンドバイトを高速でロールＷの長手方向に直線移動させ、軸方向に溝を高効率で加工するために、アタッチメントとして刃物台３２に取り付けられるものである。
【００２３】
この実施形態によるエアスライド装置４０は、エアスライダ４１をリニアモータにより駆動してガイドレール４２に沿って浮揚状態で高速で走行させる装置で、エアスライダ４１には、ダイヤモンドバイト５０が微細加工ユニット４４を介して取り付けられている。エアスライダ４１は、ケース４５の内部で走行し、ダイヤモンドバイト５０は、ケース４５に形成されたスリット４８から突出し、この状態で移動する。このようにエアスライド装置４０は、長尺な箱状のケース４５に収納されてあらかじめユニット化されており、ケース４５ごと刃物台３２に取り付けたり、取り外すことができるようになっている。なお、刃物台３２にエアスライド装置４０を設置していないときは、普通の刃物台３２としてバイト３１で加工できるようになっている。
【００２４】
次に、図４は、エアスライド装置４０のケース４５に収まっていない状態でのエアスライダ４１およびガイドレール４２を示す図である。  
ガイドレール４２は、ロールＷと平行になるように位置決めされるもので、大型の長いロールＷの加工にも対応できるように、大型のロール旋盤では２〜３メートル前後の長さのものが用いられる。もちろん、短いロールに対応できるように短いレールであってもよい。ガイドレール４２は、水平部４２ａと垂直部４２ｂとがＴ字に交差するＴ字断面をもつレールである。この場合、エアスライダ４１は、水平部４２ａを両側から抱き込むように嵌合している。また、ガイドレール４２の水平部４２ａの上面では、中央にリニアモータの固定子を構成する磁石４６がレール長手方向に配列されている。
【００２５】
図５に示すように、ガイドレール４２では、水平部４２ａの上下面および側面にエアスライダ４１の滑動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃが形成されている。エアスライダ４１からは活動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃに向けてエアが噴出されることで、エアスライダ４１は滑動面４３ａ、４３ｂ、４３ｃからごくわずかに浮き上がるようになっている。リニアモータの可動子４８は、磁石４６と対向するように、エアスライダ４１の下部に冷却ブロック４７を介して担持されている。冷却ブロック４７には、冷却水が供給されるようになっており、可動子４８の過熱を抑制している。このようなリニアモータは、エアスライダ４１を移動させ、その位置、速度制御をするＺ2軸の駆動機構を構成している。
【００２６】
図５に示すように、エアスライダ４１において、ロールＷに向き合う方の側面下部には、微細加工ユニット４４を介してバイトホルダ４９が取り付けられている。このバイトホルダ４９にはダイヤモンドバイト５０が装着されている。
【００２７】
微細加工ユニット４４は、ピエゾ素子に電圧を印加したときの微小な変形を利用して、ダイヤモンドバイト５０の刃先の位置を切込方向に微小変位させる装置である。この場合、ダイヤモンドバイト５０の刃先は、ロールＷの中心線を含むＸ−Ｚ平面上にあり、Ｘ軸で移動させロールＷに刃先を接触するかしないかのおおまかな位置に位置決めしておいてから、微細加工ユニット４４で所要の電圧を印加してピエゾ素子を膨張させ、ダイヤモンドバイト５０の切込量を設定することができるようになる。
【００２８】
以上のようなエアスライド装置４０は、構成要素一式がケース４５に収容されて刃物台３２に取り付けて用いられるが、次のように脚部と受け台で両端部を支える構造になっている。
【００２９】
図１並びに図６において、ケース４５の両端部に近い位置には、脚部５１が取り付けられている。この脚部５１の下端にはエアパッド５２ａ、５２ｂが取り付けられている。このエアパッド５２ａ、５２ｂは、多孔質材料から形成されており、微細な孔を通じて真空引きを行い、エアパッド５２ａ、５２ｂをベッド上に配置した受け台５４に固定できるようになっている。また、エアスライド装置４０を刃物台３２とともにＸ軸方向に移動させるときには、エアパッド５２ａ、５２ｂからエアを噴き出すことにより、わずかに受け台５４の表面から浮かせることができるようになっている。
【００３０】
次に、図１、２において、参照番号６０は、切子吸引装置を示す。この切子吸引装置６０は、エアスライド装置４０のＺ2軸と同期するＷ軸を制御軸をもっている。
【００３１】
図６において、切子吸引装置６０は、移動テーブル６１と、支持アーム６２を含む。移動テーブル６１は、ベッド上をエアスライダ４１の移動方向と平行に移動する。この場合、移動テーブル６１の駆動機構としては、ボールねじが採用されており、その制御軸をＷ軸としている。
【００３２】
移動テーブル６１には、支持アーム６２が固定され、この支持アーム６２はロールＷの方に突き出るように延びている。この支持アーム６２によって、吸引パイプ６３が支持されている。吸引パイプ６３には、支持アーム６２の先端から直角に下方に曲がった部分に継手６４が取り付けられ、この継手６４を介して吸引ノズル６５が接続されている。吸引ノズル６５の先端部は、ダイヤモンドバイト５０の近くに位置するようになっている。
【００３３】
吸引パイプ６３の末端は、端末接続部６６に接続されている。この端末接続部６６は、図１に示すように、移動テーブル６１の移動に追従して撓むケーブルチェーン６８と接続されている。このケーブルチェーン６８には、移動テーブル６１並びにエアスライド装置４０にそれぞれ電力を供給するケーブルや、冷却水を供給する冷却水配管や、エアスライド装置４０にエアを供給するエア配管、冷却水配管の他、吸引パイプ６３を真空引きする真空引き配管が含まれている。  
この実施形態によれば、エアスライド装置４０のエアスライダ４１にエア、冷却水、電力を供給するケーブル、配管からなり可撓性のあるケーブル束７０は、吸引パイプ６３に沿って取り付けられ、ケーブル束７０の端末はエアスライダ４１に接続されている。
【００３４】
次に、図６において、参照番号８０は、ＮＣ装置を示す。このＮＣ装置８０は、Ｘ軸、Ｚ1軸、Ｚ2軸、Ｂ軸、Ｃ軸、Ｗ軸を数値制御する。  
サドル２６の移動を制御するＺ1軸、エアスライド装置４０を制御するＺ2軸、切子吸引装置６０を制御するＷ軸に関しては、上位コントローラ８２によって、次のような制御機能が付加されている。
【００３５】
まず、上位コントローラ８２では、Ｗ軸制御部８３と、Ｚ2軸制御部８４を同期して動作させる同期制御部８６がソフトウェアで制御することにより、上位コントローラ８２の一部として構成されている。
【００３６】
また、Ｚ1軸と、Ｚ２軸に関して、エアスライド装置４０のエアスライダ４１が始動、停止、方向転換するときにサドル２６をエアスライダ４１の移動方向と逆方向に移動させて、エアスライダ４１に生じる慣性力を相殺する慣性力補正部８７が上位コントローラ８２の一部として構成され、そのようにＺ1軸制御部８５、Ｚ2軸制御部８４が制御されるようになっている。  
本実施形態による精密ロール旋盤は、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。  
本実施形態による精密ロール旋盤では、刃物台３２にエアスライド装置４０を取り付けてロールＷを加工する使用態様と、エアスライド装置４０を取り付けない状態で通常のロール旋盤としてロールを加工する使用態様とがあるが、まず、前者のエアスライド装置４０を取り付けた場合のロール軸方向の溝加工について説明する。  
この超精密本加工としては、例えば、ロールＷの全面に亘って微細な溝を軸方向に加工する例を挙げて説明する。この場合、エアスライダ４１を高速で移動させてロールＷに微細な溝を１本ずつ加工する。そして、１本の溝の加工が終了すると、Ｃ軸で割り出してからエアスライダ４１を移動させて次の溝をロールＷに加工する。これを繰り返して、ロールＷ全体に溝を加工する。
【００３７】
ロールＷ全体にわたって微細な溝を軸方向に加工する場合、加工範囲が広くなる上に、溝の本数が膨大な数になる。
【００３８】
そこで、本実施形態による精密ロール旋盤によれば、次のようにして加工の効率化を図っている。
【００３９】
第１に、刃物台３２の載った往復台１６を送るＺ１軸とともに、Ｚ２軸を構成するエアスライド装置４０を併設することにより、エアスライド装置４０の高速性を十二分に活用できるようにしている。すなわち、Ｚ2軸を構成するエアスライド装置４０は、ダイヤモンドバイト５０を有するエアスライダ４１を高速で走行させながら溝を加工できるため、従来のロール旋盤のように、刃物台３２の載った往復台１６を送って溝を加工する場合と較べると、送り速度に格段の違いが生じる。
【００４０】
実際、従来のロール旋盤での往復台は、速いものでも１５ｍ／分程度であるのに対して、エアスライド装置４０ではエアスライダ４１を３倍の４５ｍ／分の送り速度で走行させることが可能である。  
また、エアスライド装置４０では、単純に高速になるだけにとどまるものではなく、エアスライダ４１に浮遊させたまま直進運動を与えるので、運動の真直度が高く、また、摩擦がなく、位置および速度の制御を高精度に行える利点がある。
【００４１】
このようなエアスライド装置４０では、エアスライダ４１を高速に移動させるためには、加工の間にリニアモータに給電し、エアスライダ４１にエア、冷却水を供給し続ける必要がある。
【００４２】
この点、本実施形態では、エアスライド装置４０に電力を供給するケーブル、冷却水配管、エア配管がケーブル束７０として、切子の吸引パイプ３６に沿ってはわせて、エアスライダ４１に接続している。そして、その上で、切子吸引装置６０のＷ軸は、エアスライド装置４０のＺ2軸と同期するようになっている。このため、エアスライダ４１の動きに追従して、切子吸引装置６０の吸引ノズル６５が移動し、加工によって発生する切子は吸引されて除去され、切子がエアスライダ４１のガイドレールに付着するような不都合を防止できる。
【００４３】
さらに、それだけにとどまらず、ケーブル束７０もエアスライダ４１に合わせて移動することになるので、エアスライダ４１に追従して撓むケーブルチェーンを接続する必要がなくなる。このため、加工中のエアスライダ４１には、ケーブルの撓みによって生じる振動とは無縁であるため、エアスライド装置４０本来の利点である運動真直性、高速性を加工に最大限活用することができる。
【００４４】
また、エアスライド装置４０に生じ得る振動に関しては、他にもエアスライダ４１が始動、停止したり、方向転換をするときの慣性力に起因して振動が発生することがある。これに対しては、Ｚ1軸と、Ｚ２軸に関して、エアスライダ４１に生じる慣性力を相殺する機能を付加し、サドル２６をエアスライダ４１の移動方向と逆方向に移動させることにより、慣性力をキャンセルして振動の発生を抑制している。
【００４５】
例えば、エアスライダ４１が始動する場合、そのときの加速度×質量に比例する慣性力の反力が刃物台３２に作用することになる。そのままであると、この反力が振動の原因になる。
【００４６】
そこで、エアスライダ４１に生じる慣性力と同じ大きさで、方向の相反する慣性力をサドル２６に発生させてこれをキャンセルする。つまり、エアスライダ４１についての加速度×質量と、往復台１６全体についての加速度×質量とが等しくなような加速度で反対方向にサドル２６を動かせば、両者で慣性力は相殺することになる。
【００４７】
このようにして、慣性力をキャンセルするようにサドル２６は動作するので、エアスライド装置４０本来の利点である運動真直性、高速性を加工に最大限活用することができる。
【００４８】
以上、本発明に係る精密ロール旋盤について、エアスライド装置を取り付けることより、Ｚ2軸を付加する実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、当初から固定的にＺ2軸を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を正面から表した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による精密ロール旋盤を背面から表した斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による精密ロール旋盤で用いられるエアスライド装置の外観を示す斜視図である。
【図４】図３のエアスライド装置のエアスライダとガイドレールを示す斜視図である。
【図５】エアスライダの側面を示す図。
【図６】エアスライド装置の取り付けられた刃物台の側面図。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ベッド
１２  主軸台
１４  心押台
１６  往復台
２６  サドル
２８  テーブル
３１  バイト
３２  刃物台
４０  エアスライド装置
４１  エアスライダ
４２  ガイドレール
４４  微細加工ユニット
４５  ケース
４６  磁石
４８  可動子
４９  バイトホルダ
５０  ダイヤモンドバイト
５２ａ、５２ｂ  エアパッド
５４  受け台
６０  切子吸引装置
【図１】
0005005501.tif 000002
【図２】
0005005501.tif 000003
【図３】
0005005501.tif 000004
【図４】
0005005501.tif 000005
【図５】
0005005501.tif 000006
【図６】
0005005501.tif 000007