JP6825812B2 - アライメントステージ、およびそれを備えた加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転工具により加工されるワークを回転工具に倣わせるためのアライメントステージ、およびそれを備えた加工装置に関する。

従来より、ワークのずれを補正するアライメントステージが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のアライメントステージでは、凹状球面を有する調心台上に、凸状球面を有する基台を配置し、基台が調心台に対してスライドすることにより、基台が所定の方向に対して垂直な状態を保つように構成されている。また、特許文献１のアライメントステージでは、基台の調心台に対する回転止めが設けられている。

特許５０５３９４９号公報

しかし、特許文献１のアライメントステージでは、回転止めにより、基台のずれ補正のための動きが阻害され、ずれを十分に補正できなかった。また、特許文献１のアライメントステージは、水平方向の位置ずれをわずかにしか補正することができなかった。

そこで、本発明は、回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態のアライメントステージは、ワークを支持して自動調心するためのアライメントステージであって、第１方向に沿って延びる部分円筒内面状の第１凹面を有する第１プレートと、前記第１プレート上に配置され、前記第１プレート側に前記第１凹面に沿う形状を有する第１凸面と、前記第１プレート側とは反対側に前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる部分円筒内面状の第２凹面とを有する第２プレートと、前記第２プレート上に配置され、前記第２プレート側に前記第２凹面に沿う形状を有する第２凸面を有する第３プレートと、を備える。

前記第１プレートの前記第１凹面および前記第２プレートの前記第２凹面は、多孔質焼結体により形成され、前記第１プレートの前記第１凹面から前記第２プレートの前記第１凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成され、前記第２プレートの前記第２凹面から前記第３プレートの前記第２凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成されても良い。

前記第１プレートの前記第１凹面と前記第２プレートの前記第１凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接し、前記第２プレートの前記第２凹面と前記第３プレートの前記第２凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接しても良い。

前記第２プレートを前記第１プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段と、前記第３プレートを前記第２プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する付勢手段とを備えても良い。

本発明の一実施形態の加工装置は、回転駆動される回転工具と、前記回転工具により加工されるワークと、前記ワーク支持して自動調心する上記のアライメントステージと、を備える。

本発明によれば、回転止めを必要とせず、ワークのずれ補正を十分に行うことが可能なアライメントステージおよびそれを備えた加工装置を提供することができる。

本実施の形態に係るアライメントステージを備える加工装置の概略図を示す。 アライメントステージをＹ方向から見た時の部分断面側面図を示す。 アライメントステージをＸ方向から見た時の部分断面側面図を示す。 （ａ）は、第１〜第３プレートの斜視図を示し、（ｂ）は、第１〜第３プレートの分解斜視図を示す。 第１プレートおよび第２プレートの平面図を示す。 アライメントステージによるワークの回転工具に対する自動調心を説明するための図を示す。

本発明の実施の形態に係るアライメントステージ１について図面を参照して説明する。

アライメントステージ１は、回転工具１２によりワーク１４を加工する加工装置１０に用いられ、回転工具１２の回転軸Ｃに対するワーク１４の中心軸Ａの水平方向の位置ずれおよび鉛直方向の傾き角度のずれを吸収する調心機構である。

図１は、本実施の形態に係るアライメントステージ１を備える加工装置１０の概略図を示している。加工装置１０は、例えば、ローラバニシング加工を行うための装置である。

＜加工装置１０の全体構成＞
図１に示すように、加工装置１０は、モータ１１と、回転工具１２と、アライメントステージ１と、固定具１３とを備える。モータ１１により、回転工具１２は所定方向Ｒに回転駆動される。回転工具１２は、例えば、ローラバニシングであり、上下方向に移動可能に設けられている。固定具１３は、例えばレバーチャックであり、アライメントステージ１の第３プレート４の第３上面４Ａに設けられ、加工対象となるワーク１４を固定する。ワーク１４は、本実施形態において円筒ブッシュであり、内周面１４ａを有する。

＜アライメントステージ１＞
次に、アライメントステージ１の構成について、図１〜図５を参照して説明する。なお、図１に示したアライメントステージ１における左右方向をＸ方向、紙面に対して直交する方向をＹ方向、上下方向をＺ方向として定義する。Ｙ方向は第１方向に相当し、Ｘ方向は第２方向に相当する。

図２は、アライメントステージ１をＹ方向から見た時の部分断面側面図を示している。図３は、アライメントステージ１をＸ方向から見た時の部分断面側面図を示している。図４（ａ）は、第１〜第３プレート２〜４の斜視図を示し、図４（ｂ）は、第１〜第３プレート２〜４の分解斜視図を示している。図５は、第１プレート２および第２プレート３の平面図を示している。

図２、図３に示すように、アライメントステージ１は、第１プレート２と、第２プレート３と、第３プレート４と、複数の支持ポスト５と、複数の引張ばね６とを備える。第１プレート２、第２プレート３、および第３プレート４は、この順に下から積層されている。

＜第１プレート２＞
図２〜図４に示すように、第１プレート２は、図示せぬ設置台上に設置され、第１プレート基部２Ａと、第１焼結部２Ｂとを備える。

第１プレート基部２Ａは、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第１プレート基部２Ａには、第１凹部２ｄが形成されている。第１凹部２ｄは、第１プレート基部２Ａの第１上面２ＣおよびＹ方向に対して直交する第１−１側面２Ｅ、２Ｅに開口するように形成されている。第１プレート基部２ＡにおけるＸ方向に対して直交する第１−２側面２Ｆ、２Ｆには、それぞれ２カ所に挿入孔２ｇが形成されている。各挿入孔２ｇは、各第１−２側面２ＦにおけるＹ方向の端部に形成されている。一方の第１−２側面２Ｆには、Ｘ方向に沿って延びる第１給気孔２ｈが形成されている。第１給気孔２ｈには、図示せぬ給気ポンプの給気チューブが接続される。第１プレート基部２Ａの第１凹部２ｄには、２本の給気溝２ｉが形成されている。図５に示すように、２本の給気溝２ｉは、サイズが互いに異なる矩形環状をなし、第１給気孔２ｈと連通している。

図２〜図４に示すように、第１焼結部２Ｂは、第１プレート基部２Ａの第１凹部２ｄに設けられている。第１焼結部２Ｂは、多孔質焼結体により構成され、第２プレート３側には、Ｙ方向に沿って延びる部分円筒内面状の第１凹面２Ｊが形成されている。第１凹面２Ｊは、所定の曲率半径を有する。第１焼結部２Ｂは、黒鉛等の固体潤滑剤が分散された銅粉、ステンレス鋼粉、アルミニウム粉等の金属粉あるいは合金粉を、高温焼結して多孔質の焼結板材を成形し、その後、第１プレート基部２Ａの第１凹部２ｄに当該焼結板材を積層して加熱圧縮し、両者を拡散させ、所定の曲率半径を有するように切削加工することにより形成される。図示せぬ給気ポンプから供給される圧縮空気は、第１給気孔２ｈおよび給気溝２ｉを介して第１焼結部２Ｂに供給され、第１焼結部２Ｂの第１凹面２Ｊから、第２プレート３に向かって均一に放出される。

＜第２プレート３＞
第２プレート３は、第１プレート２上に配置され、第２プレート基部３Ａと、第２焼結部３Ｂとを備える。

第２プレート基部３Ａは、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第２プレート基部３Ａの第２上面３Ｃには、第２凹部３ｄが形成されている。第２凹部３ｄは、第２プレート基部３Ａの第２上面３ＣおよびＸ方向に対して直交する第２−１側面３Ｅ、３Ｅに開口するように形成されている。第２プレート基部３Ａにおける第２−１側面３Ｅ、３ＥおよびＹ方向に対して直交する第２−２側面３Ｆ、３Ｆには、それぞれ２カ所に挿入孔３ｇが形成されている。各挿入孔３ｇは、各第２−１側面３Ｅ、第２−２側面３ＦにおけるＸ方向またはＹ方向の端部に形成されている。第２プレート基部３Ａの第２−１側面３Ｅに形成された各挿入孔３ｇは、第１プレート２の第１−２側面２Ｆに形成された各挿入孔２ｇの上側に位置している。一方の第２−２側面３Ｆには、Ｙ方向に沿って延びる第２給気孔３ｈが形成されている。第２給気孔３ｈには、図示せぬ給気ポンプの給気チューブが接続される。第２プレート基部３Ａの第２凹部３ｄには、２本の給気溝３ｉが形成されている。図５に示すように、２本の給気溝３ｉは、サイズが互いに異なる矩形環状をなし、第２給気孔３ｈと連通している。なお、図５において、括弧内の参照番号が、第２プレート３の構成要素の参照番号に対応する。

第２プレート基部３Ａの第１プレート２側には、Ｙ方向に沿って延びる部分円柱面状の第１凸面３Ｊが形成されている。第１凸面３Ｊの曲率半径は、第１プレート２の第１凹面２Ｊの曲率半径と略等しく構成されている。よって、第１凸面３Ｊと、第１凹面２Ｊとは互いに整合する。第２プレート３の第１凸面３Ｊが第１プレート２の第１凹面２Ｊに対し整合するように、第２プレート３は第１プレート２に対し設置される。よって、第２プレート３は、第１プレート２に対し、部分円柱面状の第１凸面３ＪのＹ方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつＹ方向に沿って移動可能である。従って、第２プレート３は、第１プレート２に対し、２自由度（Ｙ方向、θｙ方向）で移動可能である。

第２焼結部３Ｂは、第２プレート基部３Ａの第２凹部３ｄに設けられている。第２焼結部３Ｂは、多孔質焼結体により構成され、第３プレート４側には、Ｘ方向に沿って延びる部分円筒内面状の第２凹面３Ｋが形成されている。第２凹面３Ｋは、所定の曲率半径を有する。第２焼結部３Ｂは、第１プレート２の第１焼結部２Ｂと同様に形成される。図示せぬ給気ポンプから供給される圧縮空気は、第２給気孔３ｈおよび給気溝３ｉを介して第２焼結部３Ｂに供給され、第２焼結部３Ｂの第２凹面３Ｋから、第３プレート４に向かって均一に放出される。

＜第３プレート４＞
第３プレート４は、第２プレート３上に配置され、ステンレス鋼等により構成され、略平板状をなしている。第３プレート４の第３上面４Ａには、固定具１３を第３プレート４に取り付けるためのボルトを螺合するための複数の取付孔４ｂが形成されている。第３プレート４におけるＹ方向に対して直交する第３−１側面４Ｃ、４Ｃには、それぞれ２カ所に挿入孔４ｄが形成されている。各挿入孔４ｄは、各第３−１側面４Ｃ、４ＣにおけるＸ方向の端部に形成されている。また、各挿入孔４ｄは、第２プレート３の第２−２側面３Ｆに形成された各挿入孔３ｇの上側に位置している。

第３プレート４の第２プレート３側には、Ｘ方向に沿って延びる部分円柱面状の第２凸面４Ｅが形成されている。第２凸面４Ｅの曲率半径は、第２プレート３の第２凹面３Ｋの曲率半径と略等しく構成されている。よって、第２凸面４Ｅと、第２凹面３Ｋとは互いに整合する。第３プレート４の第２凸面４Ｅが第２プレート３の第２凹面３Ｋに対し整合するように、第３プレート４は第２プレート３に対し設置される。よって、第３プレート４は、第２プレート３に対し、部分円柱面状の第２凸面４ＥのＸ方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつＸ方向に沿って移動可能である。従って、第３プレート４は、第２プレート３に対し、２自由度（Ｘ方向、θｘ方向）で移動可能である。この結果、第１〜３プレート２〜４は、４自由度（Ｘ方向、Ｙ方向、θｘ方向、θｙ方向）を有するアライメントステージ１を提供する。

各支持ポスト５は、各挿入孔２ｇ、３ｇ、４ｄに挿入され、第１〜第３プレート２〜４に固定されている。Ｚ方向に沿って並ぶ一対の支持ポスト５に対し、付勢手段に相当する各引張ばね６が装着されている。詳細には、第１プレート２および第２プレート３において、第１プレート２の第１−２側面２Ｆ、２Ｆおよび第２プレート３の第２−１側面３Ｅ、３Ｅに設けられた複数の支持ポスト５に、複数の引張ばね６が装着されている。このように、第１プレート２と第２プレート３とが、複数の引張ばね６により互いに接続されているので、第２プレート３が第１プレート１に対して変位しても複数の引張ばね６の付勢力により、第２プレート３は初期位置に戻る。なお、第２プレート３の初期位置とは、第２プレート３の第２−１側面３Ｅ、３Ｅが第１プレート２の第１−２側面２Ｆ、２Ｆに対し、および、第２プレート３の第２−２側面３Ｆ、３Ｆが第１プレート２の第１−１側面２Ｅ、２Ｅに対し、面一となる第２プレート３の第１プレート２に対する位置である。

また、第２プレート３および第３プレート４において、第２プレート３の第２−２側面３Ｆ、３Ｆおよび第３プレート４の第３−１側面４Ｃ、４Ｃに設けられた複数の支持ポスト５に、複数の引張ばね６が装着されている。これにより、第３プレート４が第２プレート３に対して変位しても複数の引張ばね６の付勢力により、第３プレート４は初期位置に戻る。なお、第３プレート４の初期位置とは、第３プレート４の第３−１側面４Ｃ、４Ｃが第２プレート３の第２−２側面３Ｆ、３Ｆに対し、および、第３プレート４のＸ方向に直交する第３−２側面４Ｆ、４Ｆが第２プレート３の第２−１側面３Ｅ、３Ｅに対し、面一となる第３プレート４の第２プレート３に対する位置である。

次に、加工装置１０でワーク１４を加工すると時のアライメントステージ１の動作について、図６を参照して説明する。

図６は、本実施形態におけるアライメントステージ１によるワーク１４の回転工具１２に対する自動調心を説明するための図である。

図６（ａ）では、アライメントステージ１が設置された図示せぬ設置台と回転工具１２の回転軸Ｃとの直角が精密でないため、ワーク１４の内周面１４ａの中心軸Ａは、回転工具１２の回転軸Ｃに対し、Ｘ−Ｙ平面でずれかつ角度もずれた状態にある。なお、第１プレート２の第１凹面２Ｊから、第２プレート３の第１凸面３Ｊに向かって圧縮空気が均一に放出されるので、第１プレート２の第１凹面２Ｊと第２プレート３の第１凸面３Ｊとの間に空気層７が形成される。よって、第１プレート２の第１凹面２Ｊと第２プレート３の第１凸面３Ｊとは非接触状態となる。同様に、第２プレート３の第２凹面３Ｋと第３プレート４の第２凸面４Ｅとの間にも空気層８が形成される。よって、第２プレート３の第２凹面３Ｋと第３プレート４の第２凸面４Ｅとは非接触状態となる。

図６（ａ）に示す回転工具１２およびワーク１４の状態において、回転駆動された回転工具１２を下降させて、回転工具１２をワーク１４の内周面１４ａに挿入するようにする。回転工具１２のワーク１４に対する押圧力は、固定具１３を介してアライメントステージ１に伝わる。これにより、アライメントステージ１は、回転工具１２の回転軸Ｃに対するワーク１４の内周面１４ａの中心軸Ａのずれがなくなるように動作する。

例えば、図６（ｂ）に示すように、回転工具１２の回転軸Ｃに対するワーク１４の内周面１４ａの中心軸ＡのＸ−Ｙ平面のずれをなくすために、第２プレート３は、第１プレート２上をＹ方向に沿って変位（移動）し、第３プレート４は、第２プレート３上をＸ方向に沿って変位（移動）する。さらに、回転工具１２の回転軸Ｃに対するワーク１４の内周面１４ａの中心軸Ａの鉛直方向の傾き角度のずれをなくすために、第２プレート３は、第１プレート２の第１凹面２Ｊに沿って変位（揺動）し、第３プレート４は、第２プレート３の変位に伴い変位（揺動）する。

このように、ワーク１４を回転工具１２に沿って倣わせ、ワーク１４の中心軸Ａを回転工具１２の回転軸Ｃの同軸上に位置させることができる。

回転工具１２によるワーク１４の内周面１４ａのローラバニシング加工が終了し、回転工具１２がワーク１４から離間すると、複数の引張ばね６の付勢力により、第２プレート３および第３プレート４は、それらの初期位置に戻る。

＜作用効果＞
上記のように本実施形態のアライメントステージ１は、Ｙ方向に沿って延びる部分円筒内面状の第１凹面２Ｊを有する第１プレート２と、第１プレート２上に配置され、第１プレート２側に第１凹面２Ｊに沿う形状を有する第１凸面３Ｊと第１プレート２側とは反対側にＹ方向に直交するＸ方向に沿って延びる部分円筒内面状の第２凹面３Ｋとを有する第２プレート３と、第２プレート３上に配置され、第２プレート３側に第２凹面３Ｋに沿う形状を有する第２凸面４Ｅを有する第３プレート４とを備える。

かかる構成によれば、第２プレート３は、第１プレート２に対し、部分円柱面状の第１凸面３ＪのＹ方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつＹ方向に沿って移動可能であり、第３プレート４は、第２プレート３に対し、部分円柱面状の第２凸面４ＥのＸ方向に沿って延びる中心軸を中心に揺動可能かつＸ方向に沿って移動可能である。この結果、第１〜３プレート２〜４は、４自由度（Ｘ方向、Ｙ方向、θｘ方向、θｙ方向）のアライメントステージ１を提供することができ、ワーク１４の回転工具１２に対するずれを補正することができる。特に、本実施の形態に係るアライメントステージ１は、ワーク１４の中心軸Ａの水平方向の位置ずれが比較的大きくても、その位置ずれを補正することができる。また、回転止めを必要としないので、ワーク１４のずれ補正のためのアライメントステージ１の動きが阻害されず、ワーク１４のずれを十分に補正できる。

また、第１プレート２の第１凹面２Ｊおよび第２プレート３の第２凹面３Ｋは、多孔質焼結体により形成され、第１プレート２の第１凹面２Ｊから第２プレート３の第１凸面３Ｊに向かって圧縮空気が放出可能に構成され、第２プレート３の第２凹面３Ｋから第３プレート４の第２凸面４Ｅに向かって圧縮空気が放出可能に構成されている。かかる構成によれば、第１プレート２の第１凹面２Ｊと第２プレート３の第１凸面３Ｊとの間、および、第２プレート３の第２凹面３Ｋと第３プレート４の第２凸面４Ｅとの間を非接触状態にすることで、極めて小さな力でワーク１４のずれを補正することができる。

また、第１プレート２と第２プレート３とは、複数の引張ばね６により互いに接続され、第２プレート３と第３プレート４とは、複数の引張ばね６により互いに接続されている。かかる構成によれば、複数の引張ばね６の付勢力により、第２プレート３が第１プレート２からおよび第３プレート４が第２プレート３から離間するのを防止することができ、かつ、第１プレート２に対する第２プレート３の位置および第２プレート３に対する第３プレート４の位置を、初期位置に戻すことができる。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形は可能である。

例えば、第１プレート２に第１焼結部２Ｂおよび第２プレート３に第２焼結部３Ｂを設けずに、第１プレート２および第２プレート３の全体をステンレス鋼等により構成し、第１凹面２Ｊおよび第２凹面３Ｋを形成して、第１プレート２の第１凹面２Ｊと第２プレート３の第１凸面３Ｊとを、潤滑剤を介して互いに当接させ、第２プレート２の第２凹面３Ｋと第３プレート４の第２凸面４Ｅとを、潤滑剤を介して互いに当接させるように構成しても良い。

第１プレート２に第１焼結部２Ｂおよび第２プレート３に第２焼結部３Ｂを設けずに、第１プレート２および第２プレート３の全体をステンレス鋼等により構成し、第１凹面２Ｊおよび第２凹面３Ｋを形成して、第１凹面２Ｊおよび第２凹面３Ｋのそれぞれに複数の空気放出孔を形成しても良い。そして、当該複数の空気放出孔から、第２プレート３の第１凸面３Ｊおよび第３プレート４の第２凸面４Ｅに向かって圧縮空気を放出し、第１プレート２の第１凹面２Ｊと第２プレート３の第１凸面３Ｊとの間および第２プレート３の第２凹面３Ｋと第３プレート４の第２凸面４Ｅとの間に空気層を形成しても良い。

第２プレート３および第３プレート４を初期位置へ戻すように付勢する付勢手段は、引張ばね６を用いたが、例えば、ゴムまたは磁石等であっても良い。また、図示せぬ給気ポンプから供給される気体は、空気のみに限らず、窒素等の不活性ガスであっても良い。

１：アライメントステージ、 ２：第１プレート、 ２Ｊ：第１凹面、 ３：第２プレート、 ３Ｊ：第１凸面、 ４：第３プレート、 ４Ｅ：第２凸面、 ６：引張ばね、 １０：加工装置、 １２：回転工具、 １４：ワーク

Claims (4)

1. ワークを支持して自動調心するためのアライメントステージであって、
   第１方向に沿って延びる部分円筒内面状の第１凹面を有する第１プレートと、
   前記第１プレート上に配置され、前記第１プレート側に前記第１凹面に沿う形状を有する第１凸面と、前記第１プレート側とは反対側に前記第１方向に直交する第２方向に沿って延びる部分円筒内面状の第２凹面とを有する第２プレートと、
   前記第２プレート上に配置され、前記第２プレート側に前記第２凹面に沿う形状を有する第２凸面を有する第３プレートと、
   前記第２プレートと前記第１プレートとを互いに接続して前記第２プレートを前記第１プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する第１付勢手段と、
   前記第３プレートと前記第２プレートとを互いに接続して前記第３プレートを前記第２プレートに対する初期位置へ戻すように付勢する第２付勢手段と、を備えたアライメントステージ。
2. 前記第１プレートの前記第１凹面および前記第２プレートの前記第２凹面は、多孔質焼結体により形成され、
   前記第１プレートの前記第１凹面から前記第２プレートの前記第１凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成され、
   前記第２プレートの前記第２凹面から前記第３プレートの前記第２凸面に向かって圧縮気体が放出可能に構成されている、請求項１に記載のアライメントステージ。
3. 前記第１プレートの前記第１凹面と前記第２プレートの前記第１凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接し、
   前記第２プレートの前記第２凹面と前記第３プレートの前記第２凸面とは、潤滑剤を介して互いに当接している、請求項１に記載のアライメントステージ。
4. 回転駆動される回転工具と、
   前記回転工具により加工されるワークを支持して自動調心する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアライメントステージと、を備える、加工装置。

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