［知能機械工学科］加藤友規准教授主軸ヘッド昇降装置および工作機械に関する技術発明が特許権を取得

工学部知能機械工学科　加藤友規准教授と加藤研究室の修士課程を2015年3月に修了した平川鉄磨氏が在学中に東芝機械株式会社と共同で発明し、出願した「主軸ヘッド昇降装置および工作機械」に関する技術発明が特許権を取得しました。

東芝機械株式会社側の発明者のうち益田大海氏は、加藤研究室の修士課程を2014年3月に修了した後に東芝機械株式会社に入社し、現在は同社で超精密加工機の開発・製造に関する業務に従事しています。

本特許発明は、
「工作機械の主軸ヘッド昇降装置であって、主軸ヘッドを昇降させる電動式駆動機構と、主軸ヘッドの重量を負担するバランスシリンダとバランスシリンダの圧力を制御する圧力調整装置とを備える。　　前記圧力調整装置は、加圧ガス源からの加圧ガスの圧力を安定化させる圧カレギュレータと、圧カレギュレータで安定化された加圧ガスの圧力を調整する主サーボ弁と、圧カレギュレータおよび主サーボ弁を制御する制御装置とを有し、制御装置は、主サーボ弁を制御する主サーボ弁制御部を有し、主サーボ弁制御部は、バランスシリンダの現在位置に基づいて主サーボ弁のフィードフォワード制御を行うFF制御部と、バランスシリンダの目標圧力とバランスシリンダの現在圧力のフィードバックとに基づいて比例積分制御を行うPI制御部と、目標圧力と現在圧力との関係からPI制御部の有効無効を切り替える制御切換部とを備えている」
というものです。

工作機械においては、主軸ヘッドを昇降させる主軸ヘッド昇降装置（図1）が用いられます。従来は、主軸ヘッドの昇降には、主に電動モータを含む駆動機構が利用されていました。しかしながら、従来型の減圧弁の応答性は不十分であり、ステージ移動後の圧力回復が困難で、リニアモータに負荷がかかるという課題がありました。

本特許発明では、先行研究で開発した気体用超精密圧力応答レギュレータとノズルフラッパ型サーボ弁を用いた圧力制御方式（図2）に、位置と圧力信号のフィードバックとフィードフォワードを適用することより、このような問題が解決されます。また、バランスシリンダの内圧が瞬時に安定し、定位性や制御性が向上し、リニアモータの負荷が減少するので省エネにも繋がります。

図2 主軸ヘッド昇降実験装置

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