特許第5718128号(P5718128)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5718128
(24)【登録日】2015年3月27日
(45)【発行日】2015年5月13日
(54)【発明の名称】穴明け加工機
(51)【国際特許分類】
   B23B 49/00 20060101AFI20150423BHJP
   B23B 41/00 20060101ALI20150423BHJP
【FI】
   B23B49/00 A
   B23B41/00 D
【請求項の数】2
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2011-80187(P2011-80187)
(22)【出願日】2011年3月31日
(65)【公開番号】特開2012-213827(P2012-213827A)
(43)【公開日】2012年11月8日
【審査請求日】2013年9月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000233332
【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社
(72)【発明者】
【氏名】角 博文
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 伸彦
【審査官】 大川 登志男
(56)【参考文献】
【文献】 特開2007−000988(JP,A)
【文献】 特開平11−347865(JP,A)
【文献】 特開2008−213065(JP,A)
【文献】 実開昭48−054385(JP,U)
【文献】 米国特許出願公開第2004/0202517(US,A1)
【文献】 特開平05−084628(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23B 49/00
B23B 41/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ベッドと、
前記ベッドに対してX方向に移動自在に支持されたテーブルと、
前記ベッドに固定されたコラムに対してY方向に移動自在に支持されたクロススライドと、
前記クロススライドにZ方向に移動自在に支持されたサドルと、
工具を保持するためのコレットチャックを備え、前記工具を回転させるスピンドルモータと、
前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動自在に支持し、かつ前記サドルに固定されたハウジングと、
前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動させる移動手段と、
前記コレットチャックを開閉させる開閉手段と、を備え、
前記ハウジングに対して前記スピンドルモータを移動させる穴明け加工機において、
前記ハウジングに代えて、
前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動自在に支持するスリーブと、
前記スリーブを前記工具の回転の軸線方向と直角な2方向に移動可能な空間を内部に備えるスリーブホルダと、
前記スリーブを前記スリーブホルダに対してXYZの3軸方向に固定する固定手段とを設け
かつ前記テーブル上に規準ピンを設け、
前記スピンドルモータを前記基準ピン上に位置決めし、
前記固定手段を開放し、
前記コレットチャックを開いて前記スピンドルモータを下降させることにより前記工具の回転の軸線方向を前記基準ピンの軸線に合わせた後、前記固定手段で固定する
ことを特徴とする穴明け加工機。
【請求項2】
前記スピンドルモータと前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動させる移動手段との間に、前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向と直角な2方向に移動可能に支持する継ぎ手と、前記スピンドルモータを前記継ぎ手に対してXYZの3軸方向に固定する固定手段とを設けた、
ことを特徴とする請求項1に記載の穴明け加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、穴明け加工機に関する。
【背景技術】
【0002】
穴明け加工機である従来のプリント基板穴明け機について説明する。
図8は、プリント基板に穴明けを行うための第1の従来のプリント基板穴明け機の全体斜視図である。
テーブル2は、ベッド1上に配置された案内手段3により移動自在に支持され、図示を省略するねじ送り機構によりベッド1上をX方向に駆動される。テーブル2の上面には、プリント基板を載置する加工領域2aと、加工に使用するドリルを供給する工具供給領域2bとが設定されている。
コラム4は、テーブル2を跨ぐようにしてベッド1に固定されている。クロススライド5は、コラム4上に配置された案内手段6により移動自在に支持され、モータ7を駆動源とする図示を省略するねじ送り機構によりコラム4上をY方向に駆動される。1対のサドル8は、クロススライド5上に配置された案内手段9により移動自在に支持され、モータ10を駆動源とする図示を省略するねじ送り機構によりZ方向に駆動される。
それぞれのサドル8には、1対のスピンドルユニット11が固定されている。スピンドルユニット11は、サドル8に固定されてスピンドルモータを支持するハウジングとスピンドルモータとから形成されている。スピンドルモータの先端には、ドリル12が回転自在に支持されている。
NC装置28は各軸のモータ等の制御を行う。
そして、テーブル2の加工領域2aにプリント基板を固定し、テーブル2とクロススライド5をX、Y方向に相対移動させてプリント基板とドリル12の位置決めを行なった後、サドル8をZ方向に移動させてプリント基板に穴明けを行なう(特許文献1)。
【0003】
次に、第2の従来技術について説明する。
ドリル12の移動速度を高速化すると、加工能率を向上させることができる。そこで、サドル8を移動させることに代えて、スピンドルモータをハウジングによりZ方向移動自在に支持させておき、スピンドルモータだけを移動させるようにして、ドリルの移動速度すなわち加工速度を向上させる技術がある。
図9は、加工時にスピンドルモータだけを移動させるようにした従来のプリント基板穴明け機におけるドリル駆動部(以下、「主軸」という。)の正面一部断面図であり、図8と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
ハウジング4はサドル8に固定されている。円筒状のスピンドルモータ20は軸線OがZ方向になるようにしてハウジング4にXY方向に位置決めされると共に、軸受け24によりハウジング4の内部を軸線O方向に移動自在である。
スピンドルモータ20のロータシャフト21は、複数の軸受け25により径方向に支持されると共に軸線O方向に位置決めされている。ロータシャフト21には図示を省略するロータ(回転子)が配置されており、図示を省略するコイル(固定子)により回転自在である。
スピンドルモータ20の上部にはエアシリンダ30が配置されている。ピストンロッド31の動作方向は軸線Oと同軸である。後述するように、待機位置にあるエアシリンダ30のピストンロッド31の先端は、コレットチャック22の後端22bと隙間を隔てて対向している。
エアシリンダ30の上部には連結棒35の一端がボルト36により固定されている。連結棒35の他端はリニアモータ40の出力軸端に接続されている。リニアモータ40は連結棒35をZ方向に移動させる。リニアモータ40はサドル8に固定されている。
以上の構成であるから、リニアモータ40を動作させることにより、スピンドルモータ20すなわちドリル12をZ方向に移動させることができる。
【0004】
次に、ドリル12の保持手順を説明する。
図10は、スピンドルモータ20先端部の断面図である。
ロータシャフト21の先端部には、コレットチャック22とコレットチャック22を図の上方に付勢するばね23とが配置されている。コレットチャック22のドリル12側には、回転の軸線O方向に図示を省略する複数のスリットが形成され、径方向に縮径可能である。
そして、ドリル12は、ばね23によりコレットチャック22の外周に形成されたテーパ面22aがロータシャフト21の内面に形成されたテーパ面21aに付勢されることにより発生する径方向の力により保持されている。
【0005】
次に、ドリル12の着脱手順を説明する。
ドリル12を交換するときにはシリンダ30を動作させる。すると、ピストンロッド31が下降し、コレットチャック22をばね23に抗して図の下方に移動させる。コレットチャック22のテーパ面22aがロータシャフト21のテーパ面21aから離れるとコレットチャック22が開き、コレットチャック22のドリル12保持力が無くなるので、ドリル12をコレットチャック22から取り外すことができる。そして、この状態で新しいドリル12をコレットチャック22の内部に挿入した後、ピストンロッド31を上昇させると、ばね23によりコレットチャック22が上昇してコレットチャック22が閉じ、スピンドルモータ20にドリル12を保持させることができる。なお、プリント基板穴明け機で使用されるドリル12のシャンク径はドリルの呼び径に関わらず、同一径に形成されている。
【0006】
ところで、加工により、プリント基板穴明け機の各部は温度上昇し、ドリル12の軸線Oが設計値に対してずれるため、加工精度が低下する。
そこで、X方向に移動可能なテーブル上に戴置されたワークに穴を明けるのに先立ち、テーブルの上方に配置されX方向と直交するY方向に移動可能なクロススライドに戴置された複数のスピンドルのそれぞれ先端に支持された複数の工具の軸線のスピンドルの設計上の軸線に対するX方向とY方向のずれを各方向毎に検出し、検出された各方向毎のずれの平均値を算出し、複数のスピンドル12の軸線の座標を加工しようとする穴の中心座標に対して各方向毎にそれぞれ平均値だけ補正して、ワークに穴を明けるようにしたプリント基板穴明け機がある(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平11−347865号公報
【特許文献2】特開2007−988号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献2の技術に依れば、複数本のドリルでドリルと同数のプリント基板に穴を加工する場合に、プリント基板に明ける穴の位置ずれを小さくすることができた。しかし、位置ずれの大きさそのものを小さくすることはできなかったため、加工精度を向上させることができなかった。
【0009】
本発明の目的は、ドリルの軸心Oの位置を常に予め設定した位置に位置決めすることができ、加工精度を向上させることができる穴明け加工機を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するため、本発明の第1の手段は、ベッドと、前記ベッドに対してX方向に移動自在に支持されたテーブルと、前記ベッドに固定されたコラムに対してY方向に移動自在に支持されたクロススライドと、前記クロススライドにZ方向に移動自在に支持されたサドルと、工具を保持するためのコレットチャックを備え、前記工具を回転させるスピンドルモータと、前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動自在に支持し、かつ前記サドルに固定されたハウジングと、前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動させる移動手段と、前記コレットチャックを開閉させる開閉手段と、を備え、前記ハウジングに対して前記スピンドルモータを移動させる穴明け加工機において、前記ハウジングに代えて、前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動自在に支持するスリーブと、前記スリーブを前記工具の回転の軸線方向と直角な2方向に移動可能な空間を内部に備えるスリーブホルダと、前記スリーブを前記スリーブホルダに対してXYZの3軸方向に固定する固定手段とを設け、かつ前記テーブル上に規準ピンを設け、前記スピンドルモータを前記基準ピン上に位置決めし、前記固定手段を開放し、前記コレットチャックを開いて前記スピンドルモータを下降させることにより前記工具の回転の軸線方向を前記基準ピンの軸線に合わせた後、前記固定手段で固定する、ことを特徴とする。
【0011】
この場合、前記スピンドルモータと前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向に移動させる移動手段との間に、前記スピンドルモータを前記工具の回転の軸線方向と直角な2方向に移動可能に支持する継ぎ手と、前記スピンドルモータを前記継ぎ手に対してXYZの3軸方向に固定する固定手段とを設けると、さらに効果的である。
【発明の効果】
【0012】
軸心Oを常に予め設定した位置に位置決めすることができるので、加工精度が向上する。
また、ドリルの軸心Oの予め設定された位置に対するずれを予め検出する必要がないので、軸心Oの位置決めを能率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明に係るプリント基板穴明け機におけるドリル駆動部の正面一部断面図である。
図2】本発明に係るプリント基板穴明け機における主軸の移動範囲を示す図である。
図3】本発明に係るプリント基板穴明け機におけるテーブルの平面図である。
図4】本発明における主軸の位置決め手順を説明するフローチャートである。
図5図4の手順S150における具体的な動作を説明する図である。
図6図4の手順S160における具体的な動作を説明する図である。
図7】本発明の第2の実施例を示す図である。
図8】従来技術の説明図である。
図9】従来技術の説明図である。
図10】スピンドルモータ20先端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。
【実施例1】
【0015】
図1は、本発明に係るプリント基板穴明け機におけるドリル駆動部の正面一部断面図であり、従来技術における図9に対応する図である。なお、図8図9と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、この実施例では、構成が同じである1対のドリル駆動部を備えている。
円筒形で一方の端部にフランジ部50aが形成されたスリーブ50は、軸受け24により円筒状のスピンドルモータ20をX、Y方向に固定すると共に、スピンドルモータ20を軸線O方向に移動自在に支持している。フランジ部50aの下面は、スリーブホルダ51の上面に当接している。フランジ部50aには2個の貫通穴50cが形成されている。フランジ部50aの下面とスリーブホルダ51の上面は滑らかな面に仕上げられている。
スリーブホルダ51の中心部には、軸線O方向に貫通穴51a(空間)が形成されている。ドリルのシャンク径をd、貫通穴51aの直径をD1、スリーブ50の円筒部50bの外径をD2とするとき、直径D1はD1≦D2+dとなるように形成されている。
スリーブホルダ51のY方向の両側にはシリンダ52が配置されている。シリンダ52のピストンロッド52aの軸間距離は貫通穴50cの軸間距離に等しい。
また、貫通穴50cの直径はピストンロッド52aの直径よりも(D2+d−D1)以上大径である。ピストンロッド52aの先端には方形の押さえプレート53が固定されている。押さえプレート53の短辺は貫通穴50cの直径よりも大きい。
予め定める場合を除き、シリンダ52はスリーブ50を図の下方に付勢し、スリーブ50をスリーブホルダ51に対して固定している。以下、シリンダ52がスリーブ50を図の下方に付勢することを、「スリーブ50を固定する」という。また、シリンダ52がスリーブ50を図の下方に付勢することを中止する場合を、「スリーブ50を開放する」という。
【0016】
リニアモータ40の出力軸40aの端部には断面が円形の空洞40bが形成されている。連結棒35の他端には断面が円形のフランジ35fが形成されている。隙間g(空洞40bのZ方向の高さとフランジ35fの厚さとの差)は、g=0.1〜0.5mmである。また、空洞40bの直径はフランジ35fの直径よりも(D2+d−D1)以上大径である。出力軸40aの空洞40bとフランジ35fとで継ぎ手を形成している。フランジ35fの下面と空洞40bの底面(フランジ35fの下面が当接する面)は滑らかな面に仕上げられている。
出力軸40aの端部には2個のシリンダ54が配置されている。そして、予め定める時を除き、シリンダ54はフランジ35fを図の上方に付勢し、フランジ35fを出力軸40aに対して固定している。以下、シリンダ54がフランジ35fを図の上方に付勢することを、「連結棒35を固定する」という。また、シリンダ54がフランジ35fを図の上方に付勢することを中止する場合を、「連結棒35を開放する」という。
【0017】
テーブル2の工具供給領域2bには位置決め基準ピン60が配置されている。位置決め基準ピン60の直径はドリル12のシャンク径と同径であり、先端は半径d/2の球面に形成されている。また、位置決め基準ピン60の直線部の長さは15〜20mmである。位置決め基準ピン60の軸線Pを中心とする直径Dsの円上には、図示を省略する4個の距離センサ(ここでは、エアセンサ)用の穴61が円周方向90度間隔で配置されている。穴61が配置されている円の直径Dsは、コレットチャック22の外径をdk、穴61の直径をdsとすると、Ds<dk−dsである。位置決め基準ピン60のY方向の位置については後述する。
【0018】
図2は、主軸Sの移動範囲を示す図であり、図3はテーブル2の平面図である。以下、左側の主軸Sを主軸S1、右側の主軸Sを主軸S2とし、シリンダ54等の構成要素を主軸S毎に区別する必要がある場合にはそれぞれの符号に添え字i(ただし、iは1または2である)を付けて区別する(例えば、シリンダ541は主軸S1用のシリンダ54であり、シリンダ542は主軸S2用のシリンダ54である)。
テーブル2のY方向の中心をY0とするとき、図2に示すように、ドリル駆動部S1の軸線O1はY座標−Y1から+Y座標y1の間を移動する。また、ドリル駆動部S2の軸線O2はY座標−y1からY座標+Y1を移動する。ここで、y1は10〜20mm程度である。
【0019】
図3に示すように、工具供給領域2bには、交換用のドリル12を保持するドリルホルダ70と、主軸Sに保持されていたドリル12を受け取るドリルホルダ71と、多数のドリルを保持するドリルホルダ73とが、S2主軸S1、S2毎に設けられている。位置決め基準ピン60はY座標がY0(すなわち、テーブル2の中心)、X座標がドリルホルダ70、71と同じ位置に位置決めされている。
【0020】
次に、主軸Sの位置決め手順を説明する。
図4は、主軸Sの位置決め手順を説明するフローチャートである。なお、主軸Siはコレットチャック22iの先端がテーブル2から位置決め基準ピン60よりも高い予め定める高さ(待機位置)に位置決めされている。
主軸Sの位置決めが指示されると、i=1とし(手順S100)、主軸Si(ここでは、主軸S1)の軸線Oiを基準ピン60の軸線P上に位置決めする(手順S110)。次に、試行回数nをn=1としてから(手順S120)、スリーブ50iと連結棒35iを開放する(手順S130、S140)。次に、コレットチャック22iを開き(手順S140)、リニアモータ40を動作させ、コレットチャック22iの先端をテーブル2の表面から(0.5+g)mmの高さまで下降させる(手順S150)。連結棒35iを開放すると、コレットチャック22iの先端は重力によりgだけ落下するので、手順S150が終了した時点におけるコレットチャック22iの先端はテーブル2表面から0.5mmの高さになる。次に、4個の距離センサが総てオンであるかどうかを確認し(手順S160)、4個の距離センサが総てオンである場合は手順S170の処理を行い、その他の場合は手順S300の処理を行う。手順S170ではコレットチャック22iを閉じ、その後、スリーブ50i、連結棒35iを固定する(手順S180、S190)。次に、コレットチャック22iを開き(手順S200)、コレットチャック22iの先端を待機位置に上昇させる(手順S210)。次に、i=2であるかどうかを確認し(手順S220)、iが2である場合はコレットチャック22iを閉じて(手順S230)、処理を終了する。また、手順S220においてiが2でない場合は、i=i+1としてから(手順S240)、手順S110の処理を行う。
【0021】
手順S300では試行回数nが3より大きいかどうかを確認し、nが3以下である場合は手順S310の処理を行い、nが3より大きい場合はアラームを表示して装置を停止させる。手順S310では、試行回数nをn=n+1とし、スリーブ50i、連結棒35iを固定する(手順S320、S330)。次に、コレットチャック22iの先端を待機位置に上昇させた後(手順S340)、手順S130の処理を行なう。
なお、手順S240以降の処理は主軸S2の動作である。
【0022】
次に、上記手順における具体的な動作を説明する。
図5は、手順S150における具体的な動作を説明する図である。
コレットチャック22iの軸線Oiが基準ピン60の軸線Pからずれていた場合、コレットチャック22iが位置決め基準ピン60の球面部に当接する。リニアモータ40の位置決め基準ピン60に対する押しつけ力をF、コレットチャック22iの開き角度を2θとすると、コレットチャック22iの球面部に当接した部分には、N=Fsinθの垂直効力が働き、従ってf=Ncosθ=Fsinθcosθの水平力が加わるので、コレットチャック22iすなわちスリーブ50iは軸線Pに向けて水平に移動する。そして、手順S170により、軸線Oiと軸線Pは同軸となる。したがって、手順230が終了すると、主軸S1の軸線O1と主軸S2の軸線O2はX座標が同一で、Y方向の間隔が距離Y1で位置決めされる。
【0023】
図6は、手順S160における具体的な動作を説明する図である。
通常、手順S150によりスリーブ50iは軸線Pに向けて水平に移動するが、図6に示すように、何らかの原因で軸線Oiが軸線Pに対して斜めになる場合があり得る。このような場合、コレットチャック22iのテーブル2表面から離れた側の距離センサがオフとなるので、軸線Oiが斜めになる場合を予防できる。
この実施例では、何らかの原因で軸線Oiが斜めになった場合であっても、3回まで再試行するようにしたので、装置が停止することを予防できる。なお、通常は、2回目の手順S150により軸線Oiを軸線Pに一致させることができる。
【実施例2】
【0024】
図7は、本発明の第2の実施例を示す図であり、図1と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。
この実施例では、リニアモータ40の出力軸40aの端部に空洞40bが形成されておらず、連結棒35は出力軸40aに固定されている。
軸線Oiの軸線Pに対するずれが小さい(50μm以下)場合、連結棒35の弾性を利用して連結棒35を曲げることにより軸線Oiを軸線Pに一致させることができる。
なお、主軸Siの位置決め手順は第1の実施例の位置決め手順から容易に理解できるので、説明を省略する。
【0025】
以上説明したように、本発明に依れば、主軸S1と主軸S2を設計上の位置に正確に位置決めできるので、精度の良い加工ができる。また、主軸S1と主軸S2毎にプリント基板を加工する場合はもちろん、主軸S1と主軸S2の両者を用いて1枚のプリント基板を加工する場合も、プリント基板の全加工域において1個の主軸で加工する場合と同じ加工精度を得ることができる。
【0026】
また、主軸が1個の場合も、本発明を適用することにより主軸の変位を予め測定する必要がなくなるので、加工能率を向上させることができる。
【0027】
なお、スリーブ50がスリーブホルダ51に対して移動できる範囲は±d/2未満(例えば、ドリルのシャンク径が3.175mmの場合、最大で±1.5mm程度)であるが、穴明け加工機の場合、製造時における軸線Oの設計値に対するずれは±10μm以下であり、熱による変形も最大で±100μmであるから、スリーブ50のスリーブホルダ51に対しする移動範囲が実用上問題になることはない。
【符号の説明】
【0028】
2 テーブル
12 ドリル
20 スピンドルモータ
22 コレットチャック
30 シリンダ
50 スリーブ
51 スリーブホルダ
51a 貫通穴
52 シリンダ
60 位置決め基準ピン
O 軸線
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10