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変位変換ユニット、加工機械

国内特許コード P100001193
整理番号 PA22-011-1
掲載日 2010年11月5日
出願番号 特願2007-105072
公開番号 特開2008-263731
登録番号 特許第5126947号
出願日 平成19年4月12日(2007.4.12)
公開日 平成20年10月30日(2008.10.30)
登録日 平成24年11月9日(2012.11.9)
発明者
  • 森本 喜隆
出願人
  • 学校法人金沢工業大学
発明の名称 変位変換ユニット、加工機械
発明の概要 【課題】小型でありながら大きな変位変化率を有することのできる変位変換ユニット、加工機械を提供することを目的とする。
他の目的は、大きな変位変化率を確保しつつ、出力を大きくすることのできる変位変換ユニットを提供することにある。
【解決手段】アクチュエータ15で発生する変位を変位拡大ユニット20によって増幅して加工ツールを変位させる。変位拡大ユニット20においては、第一の空間21と第二の空間22の断面積比によって変位拡大率が決まる。そして、第二の空間22はベローズ26とインナー部材27との間に形成された断面視円環状とした。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


旋盤等の加工機械において例えば非円形加工を行う場合、主軸に保持されたワーク(加工対象物)に対し、加工ツールを、主軸の回転軸方向に直交する方向(径方向)に変位させる変位機構を備える必要がある。このような変位機構においては、主軸の回転に連動して加工ツールを精度よく変位させなければならず、高い応答性と高精度で駆動できるアクチュエータを用いる必要がある。
近年、高い応答性、高精度を有するアクチュエータとして、圧電素子を用いることが注目されている。圧電素子は、電圧を印加したときの素子自体の電歪効果によって生じる圧電素子の変形により、変位を生じさせる。このようにして発生する圧電素子自体の変位量は、一般的には50μm程度であり、最小分解能が1nm程度のものもある。



圧電素子等のアクチュエータを用いて変位を生じさせる場合、その変位をリンクやレバー等を用いた変位拡大機構で拡大することがある(例えば、特許文献1参照。)。



他の変位拡大機構としては、図4(a)に示すように、第一の空間1と、第一の空間1に連通し、第一の空間1よりも小さな断面積を有した第二の空間2とを備え、これら第一の空間1および第二の空間2に液体が充填されたものがある(例えば、非特許文献1参照。)。第一の空間1は、アクチュエータ3側に設けられ、第一の空間1の一面側にはダイヤフラム4が設けられている。第二の空間2は、例えば蛇腹状で一方向に沿って伸縮可能とされたベローズ5内に形成されている。
図4(b)に示すように、アクチュエータ3の作動によってダイヤフラム4が押圧されると、第一の空間1内の体積が変化する。ダイヤフラム4が押圧されて第一の空間1の体積が変化すると、この変化が液体を介してベローズ5に伝達されることで、ベローズ5は伸縮する。その結果、ベローズ5の伸縮の結果、押圧対象である加工ツール6が押圧されて変位する。このとき、ベローズ5の先端部、つまり加工ツール6の変位は、パスカルの定理により、第一の空間1側のダイヤフラム4の変位、つまりアクチュエータ3の変位に対し、第一の空間1と第二の空間2の断面積比の二乗に比例して増幅されたものとなる。



【特許文献1】
特開2004-88837号公報
【非特許文献1】
大堀幸雄、森本喜隆、市田良夫、佐藤隆之介、「変位拡大機構を持つ切込み装置の開発とその応用-非円形加工への適用-」、2006年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、精密工学会、2006年9月4日発行、P555~556

産業上の利用分野


本発明は、例えば非円形加工を行う加工機械、およびそれに用いることのできる変位変換ユニットに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
容積が変化可能とされた第一の空間と、
容積が変化可能とされた第二の空間と、
前記第一の空間および前記第二の空間に封入され、前記第一の空間と前記第二の空間との間で圧力を伝達する流体と、
前記第一の空間と前記第二の空間の間に配置され、前記第一の空間と前記第二の空間を連通する流路が形成された中間ブロックと、
外部から入力された力による変位によって前記第一の空間の容積を変化させる変位入力部と、
前記第一の空間の容積の変化が前記流体を介して伝達されたときに、前記第二の空間の容積が変化することで生じる変位を外部に出力する変位出力部と、
前記中間ブロックに設けられ、前記流路に突出されることで前記第二の空間内における前記流体の圧力を高める圧力増加部と、を備え、
前記第一の空間および前記第二の空間の一方は、前記第一の空間および前記第二の空間の他方よりも断面積が小さく、かつ断面視環状で、その外周面を形成するアウター部材と内周面を形成するインナー部材との間に形成されており、
前記アウター部材および前記インナー部材が蛇腹状のベローズによって形成されていることを特徴とする変位変換ユニット。

【請求項2】
前記第二の空間は、前記第一の空間よりも断面積が小さく、かつ断面視環状で、
前記変位出力部は、前記変位入力部に入力された力による前記変位を、前記第一の空間と前記第二の空間の断面積比に応じて拡大して外部に出力することを特徴とする請求項1に記載の変位変換ユニット。

【請求項3】
前記第一の空間は、前記第二の空間よりも断面積が小さく、かつ断面視環状で、
前記変位出力部は、前記変位入力部に入力された力による前記変位を、前記第一の空間と前記第二の空間の断面積比に応じて縮小して外部に出力することを特徴とする請求項1に記載の変位変換ユニット。

【請求項4】
外部から前記変位入力部への力の入力が、圧電素子により行われることを特徴とする請求項1からのいずれに記載の変位変換ユニット。

【請求項5】
加工対象となるワークを保持するワーク保持部と、
前記ワーク保持部に保持された前記ワークに対して加工を施す加工ツールと、
前記ワークと前記加工ツールの少なくとも一方を相対的に移動させる移動機構と、
前記加工ツールを前記ワークに対して相対的に進退させるための変位を生じさせるアクチュエータと、
前記アクチュエータで生じた変位を拡大または縮小して前記加工ツールに伝達する変位変換部と、を備えた加工機械であって、
前記変位変換部は、
容積が変化可能とされた第一の空間と、
容積が変化可能とされた第二の空間と、
前記第一の空間および前記第二の空間に封入され、前記第一の空間と前記第二の空間との間で圧力を伝達する流体と、
前記第一の空間と前記第二の空間の間に配置され、前記第一の空間と前記第二の空間を連通する流路が形成される中間ブロックと、
外部から入力された力による変位によって前記第一の空間の容積を変化させる変位入力部と、
前記第一の空間の容積の変化が前記流体を介して伝達されたときに、前記第二の空間の容積が変化することで生じる変位を外部に出力する変位出力部と、
前記中間ブロックに設けられ、前記流路に突出されることで前記第二の空間内における前記流体の圧力を高める圧力増加部と、を備え、
前記第一の空間および前記第二の空間の一方は、前記第一の空間および前記第二の空間の他方よりも断面積が小さく、かつ断面視環状で、その外周面を形成するアウター部材と内周面を形成するインナー部材との間に形成されており、
前記アウター部材および前記インナー部材が蛇腹状のベローズによって形成されていることを特徴とする加工機械。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007105072thum.jpg
出願権利状態 登録
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