特開 2024-136481 ドリル加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136481

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】ドリル加工装置

(51)【国際特許分類】

   B26F 1/16 20060101AFI20240927BHJP

   B23B 41/00 20060101ALI20240927BHJP

   B23Q 11/14 20060101ALI20240927BHJP

   B23Q 11/10 20060101ALI20240927BHJP

   B26D 7/10 20060101ALI20240927BHJP

   B26D 7/20 20060101ALI20240927BHJP

   B26D 5/00 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B26F1/16

B23B41/00 D

B23Q11/14

B23Q11/10 F

B26D7/10

B26D7/20

B26D5/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047610

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000233332

【氏名又は名称】ビアメカニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003133

【氏名又は名称】弁理士法人近島国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鴨志田 啓一

【テーマコード（参考）】

3C021

3C036

3C060

【Ｆターム（参考）】

3C021EA02

3C021EA04

3C021GA01

3C036AA01

3C060AA11

3C060BA05

3C060BG01

(57)【要約】

【課題】加工品質の低下の防止を図ることが可能なドリル加工装置を提供する。
【解決手段】ドリル加工装置（１）は、ワーク（１２）を設置するテーブル（２）と、ワーク（１２）に加工を行うドリル（２６）と、ワーク（１２）に対してドリル（２６）がある側からワーク（１２）を冷却する第１冷却手段と、テーブル（２）を冷却する第２冷却手段（５０）と、を備える。ワーク（１２）が第１冷却手段と第２冷却手段（５０）とにより冷却されるので、ワーク（１２）が熱で変形することの防止を図ることができ、加工品質の低下の防止を図ることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを設置するテーブルと、
前記ワークに加工を行うドリルと、
前記ワークに対して前記ドリルがある側から前記ワークを冷却する第１冷却手段と、
前記テーブルを冷却する第２冷却手段と、を備える、
ことを特徴とするドリル加工装置。

【請求項2】

前記ワークは、プリント基板であり、
前記プリント基板に接離するように移動可能で、前記ドリルが貫通して移動可能な貫通孔を有する基板押え部材を備え、
前記第１冷却手段は、
前記貫通孔に開口する空気供給路と、
前記空気供給路に空気を供給する空気供給装置と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のドリル加工装置。

【請求項3】

前記第２冷却手段は、前記テーブルを環境温度よりも所定温度低くなるように冷却する、
ことを特徴とする請求項１に記載のドリル加工装置。

【請求項4】

前記環境温度を検出する第１温度検出センサと、
前記テーブルの温度を検出する第２温度検出センサと、
前記第２温度検出センサの検出結果に基づき、前記第２冷却手段を制御し、前記テーブルを前記第１温度検出センサの検出結果よりも前記所定温度低くなるように冷却する制御手段と、を備える、
ことを特徴とする請求項３に記載のドリル加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ドリルによりワークに加工を行うドリル加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばプリント基板等のワークにドリルにより穴明け等の加工を行うものにあって、プレッシャフットによりワークを抑えると共に、プレッシャフットにおけるドリルが貫通する貫通孔に圧縮エアを供給することでドリルを冷却するものが提案されている（特許文献１参照）。このようにドリルを冷却することで、ドリルの温度の上昇が抑えられ、樹脂が熱で融けることを抑えて加工した穴の内面を滑らかにし、かつドリルの長寿命化も図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－３３４６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、近年、ドリルの回転速度の高速化や穴の高密度化により、ドリルをエアで冷却するだけでは不十分となっており、穴開け加工による残留熱がワークに蓄積し、ワークが温度上昇の影響で熱変形した（歪んだ）状態となり、その状態で穴明け加工が進められることで、加工品質が低下してしまうという問題があった。

【0005】

そこで本発明は、加工品質の低下の防止を図ることが可能なドリル加工装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、ワークを設置するテーブルと、前記ワークに加工を行うドリルと、前記ワークに対して前記ドリルがある側から前記ワークを冷却する第１冷却手段と、前記テーブルを冷却する第２冷却手段と、を備える、ことを特徴とするドリル加工装置である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によると、テーブルを冷却することでワークの温度上昇を防止することができ、その状態で加工を進めることができて、加工品質の低下の防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施の形態に係るドリル加工装置を示す模式図である。

【図2】（ａ）は本ドリル加工装置でプリント基板に穴明け加工を開始した際の加工位置を示す模式図、（ｂ）は本ドリル加工装置でプリント基板に穴明け加工の終了間際の加工位置を示す模式図である。

【図3】本ドリル加工装置におけるドリルとプレッシャフットとを示す断面図である。

【図4】図３におけるＪ矢視図である。

【図5】本ドリル加工装置のテーブルの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態に係るドリル加工装置について図を用いて説明をする。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向とは、加工対象を平面視で視た際の状態を基準とし、Ｚ軸方向とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向から側方視で視た際の状態を基準とする。図１において、Ｘ軸方向は図中矢印で示す左右方向であり、Ｙ軸方向は図示を省略した手前奥方向でＸ軸方向に直交する方向であり、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する上下方向である。

【0010】

［ドリル加工装置の概略構成］
まず、ドリル加工装置の概略構成について図１を用いて説明する。図１は本実施の形態に係るドリル加工装置を示す模式図である。なお、図１に示すスピンドル１１及びドリル２６の外周側には、図示を省略したプレッシャフット３０（図３参照）が配置されているが、その説明は後述する。

【0011】

図１に示すように、本実施の形態に係るドリル加工装置１は、加工テーブル２上に載置されたワーク（加工対象）としてのプリント基板１２に穴明け加工を行うドリル加工装置である。ドリル加工装置１は、プリント基板１２に対して加工テーブル２とは反対側に、つまり加工テーブル２の上方に、図示を省略したコラムが配置されており、そのコラムに対してＸＹ軸方向に移動可能に支持されたベース７及びサドル１０（図３参照）が、スピンドル１１を、図示を省略したモータにより高速で回転可能となるように保持している。そして、スピンドル１１の主軸先端には、ドリル２６が取付けられている。

【0012】

［プレッシャフットの構成］
ついで、プリント基板１２に接離するように移動可能である基板押え部材としてのプレッシャフット３０の構成について図３及び図４を用いて説明する。図３は本ドリル加工装置におけるドリルとプレッシャフットとを示す断面図、図４は図３におけるＪ矢視図である。なお、ドリル側の冷却とは、プリント基板１２に対してテーブル２とは上下方向の反対側、つまりドリル２６がある側から、プリント基板１２におけるドリル２６の加工位置の冷却を行うものを指している。

【0013】

図３に示すように、プレッシャフット３０は、スピンドル１１の外周に嵌合し、シリンダ２１に支持されている。穴３１は、その軸心がスピンドル１１の軸心Ｏと同軸であり、スピンドル１１の主軸１１ａの外径よりも大径である。軸３２は、プレッシャフット３０に設けられた軸であり、軸３２の軸心Ｐは、軸心Ｏに対して角度θで傾斜するように配置されている。面３３は、上記軸３２に対して垂直（直交）する面である。第１冷却手段としての空気の供給通路３４は、その端部が軸心Ｐと軸心Ｏを含む面内で軸心Ｐからの距離Ｒの位置で面３３に開口している。空気の供給通路３４の端部は、継手３５及びホース３６を介して空気供給装置としての圧縮空気発生源６０に接続されている。

【0014】

上記軸３２には、ベアリング３７を介してプレッシャフット３０の基板押えピース３８が回転自在に支持されている。基板押えピース３８は、面３８ａが面３３に当接しており、図４に示すように、貫通孔３９Ａ～３９Ｄが設けられている。貫通孔３９Ａ～３９Ｄの内径は、貫通孔３９Ａが５ｍｍ、貫通孔３９Ｂは３ｍｍ、貫通孔３９は１ｍｍ、貫通孔３９Ｄは８ｍｍである。空気供給路としての吹き出し通路４０Ａ～４０Ｄは、それぞれの一方の出口が貫通孔３９Ａ～３９Ｄの内面に開口し、他方は軸心Ｐとそれぞれの軸心を結ぶ線上でかつ軸心Ｐからの距離Ｒの位置で面３８ａに接続している。

【0015】

図３に示すように、ギヤ４０は、基板押えピース３８の外周に形成され、ピニオン４１と噛み合っている。パルスモータ４２は、ピニオン４１を回転させる。ブラケット４３は、パルスモータ４２をプレッシャフット３０に固定している。

【0016】

［ドリルの保持及び貫通孔の選択］
次に、本ドリル加工装置１におけるドリルの選択について説明する。まず、パルスモータ４２を動作させ、貫通孔３９Ｄの軸心を軸心Ｏに合わせる。使用されるドリル２６の外径はプリント基板１２に開ける穴に合わせて、例えば最大６．３ｍｍから最小０．１ｍｍである。そのため、図示を省略したドリルホルダから、貫通孔３９Ｄを通して、穴明けに使用するドリル２６を主軸１１ａに保持させる。ドリル２６を主軸１１ａに保持させたら、パルスモータ４２を動作させ、貫通孔３９Ａ～３９Ｄのうち、ドリル２６に適した貫通孔の軸心を軸心Ｏに合わせる。すなわち、例えばドリル２６が３ｍｍの場合、貫通孔３９Ａの軸心を軸心Ｏに合わせる。すると、吹き出し通路４０Ａの他方の端部は供給通路３４の一方の端部に接続される。なお、何れの貫通孔３９Ａ～３９Ｄの軸心を軸心Ｏに合わせても、吹き出し通路４０Ａ～４０Ｄの他方の端部は供給通路３４の一方の端部に接続される。

【0017】

［ドリル加工及びドリル側の冷却と、その問題点］
続いて、ドリル加工及びドリル側の冷却と、その問題点について、図３を参照しつつ、図２（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は本ドリル加工装置でプリント基板に穴明け加工を開始した際の加工位置を示す模式図、図２（ｂ）は本ドリル加工装置でプリント基板に穴明け加工の終了間際の加工位置を示す模式図である。

【0018】

制御部１００が圧縮空気発生源６０を動作させると、圧縮した空気（圧縮エア）が、図３に示すように、軸心Ｏに合わされた貫通孔３９Ａ～３９Ｄの何れかの側面から内部に吹き出す。即ち、本実施の形態においては、この圧縮空気発生源６０、供給通路３４、吹き出し通路４０Ａ～４０Ｄ等によって、プリント基板１２をドリル２６の側から冷却する第１冷却手段が構成されている。

【0019】

このように圧縮エアが吹き出されている状態で、制御部１００は、図２（ａ）に示すように、スピンドル１１及びドリル２６を回転させつつプリント基板１２に向けて下降させていき、穴明け加工を行う。この際、貫通孔３９Ａ～３９Ｄの何れかから吹き出した圧縮エアは、ダクト２３を介して集塵装置に吸引される。この結果、加工により発生する切粉は直ちに吸引され、プレッシャフット３０の内部、或いはプリント基板１２上に切粉が殆ど残ることはない。

【0020】

以上のように、貫通孔３９Ａ～３９Ｄの何れかから供給される圧縮空気は、ドリル２６を冷却するから、ドリル２６の温度の上昇は低減される。しかしながら、近年、ドリル２６の回転速度が高速化しており、また、プリント基板１２に対する穴明け箇所が密集して高密度化しており、プリント基板１２に残留した熱が蓄積し易く、プリント基板１２の熱変形を防止し難いという問題がある。特に、図２（ｂ）に示すように、１箇所の穴明け加工における終了間際では、ドリル２６がプリント基板１２に深く入り込んでおり、上述したようにプレッシャフット３０の内部から圧縮エアでドリル２６を冷却したとしても、穴明け加工時にプリント基板１２で発生する熱を冷却し難く、プリント基板１２の熱変形を防止し難くいため、加工品質の低下を招く虞がある。そこで、本実施の形態に係るドリル加工装置１では、以下に説明する第２冷却手段としてのテーブル冷却装置５０を備えるものである。

【0021】

［テーブル冷却装置の構成］
ついで、本実施の形態に係るドリル加工装置１のテーブル冷却装置５０について図１、図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図５を用いて説明する。図５は本ドリル加工装置のテーブルの一例を示す断面図である。図１（図２（ａ）及び図２（ｂ））に示すように、テーブル２の下方には、そのテーブル２を冷却する例えば水冷式のテーブル冷却装置５０が配置されている。図５に示すように、テーブル２は、上板２Ａと、その下方に配置されたテーブル本体２Ｂとを有しており、テーブル本体２Ｂには、その上方に複数の溝部２Ｂａが形成されていて、上板２Ａによって閉塞されることで冷却液（冷却水）を循環させる循環経路を構成している。テーブル冷却装置５０は、図示を省略したポンプを有しており、この閉塞された複数の溝部２Ｂａにより構成された循環経路に不図示のクーラにより冷却した冷却液を循環させることでテーブル２を冷却する。

【0022】

また、ドリル加工装置１には、各部の動作を制御する制御手段としての制御部１００が備えられており、制御部１００は、テーブル冷却装置５０の図示を省略したポンプを駆動制御可能に構成されている。さらに、ドリル加工装置１は、このドリル加工装置１が設置されている環境の温度（以下、「環境温度」という）を検出する第１温度検出センサ９１と、テーブルの温度を検出する第２温度検出センサ９２と、を備えており、それら第１温度検出センサ９１及び第２温度検出センサ９２は、制御部１００に検出した温度の情報を信号として出力する。なお、制御部１００は、図示を省略したＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有する一般的なコンピュータで構成することができる。

【0023】

［テーブル冷却装置の動作］
制御部１００は、第２温度検出センサ９２の検出結果に基づき、テーブル冷却装置５０のポンプ（不図示）を制御し、テーブル２を第１温度検出センサ９１の検出結果よりも所定温度低くなるように冷却する。具体的に制御部１００は、第１温度検出センサ９１が検出した環境温度に対して、テーブル２が例えば１～２度程度の所定温度低くなるように、第２温度検出センサ９２の検出結果をフィードバック制御する形で、テーブル冷却装置５０を制御する。

【0024】

即ち、テーブル２は、環境温度に対して冷やし過ぎると、発熱したときと反対にプリント基板１２が変形して（歪んで）しまう可能性がある。そのため、環境温度に対して、テーブル２の温度を１～２度程度低くすることで、プリント基板１２を環境温度よりも僅かに低い程度の温度に維持する。これにより、テーブル冷却装置５０によってプリント基板１２が変形することを防止しつつ、ドリル２６による穴明け加工の発熱によってもプリント基板１２が変形することを防止することができる。

【0025】

以上説明したように、本ドリル加工装置１によれば、プレッシャフット３０からの圧縮エアでドリル２６を冷却すると共に、テーブル冷却装置５０によりプリント基板１２が冷却されていることで、穴明け加工時にドリル２６に接した樹脂が熱により融けることを抑えて、加工した穴の内面が滑らかになり、加工品質を向上することができる。また、プリント基板１２を過冷却して変形させた状態で穴明け加工を行うことも無いため、加工品質を向上することができる。なお、ドリル２６の発熱も冷却されるので、ドリル２６の長寿命化も図ることができる。

【0026】

［他の実施の形態の可能性］
なお、以上説明した本実施の形態においては、ドリル２６によりワークとしてのプリント基板１２に穴明け加工を行うドリル加工装置１を一例として説明したが、これに限らず、ドリルを用いてワークを切削等を行うものであれば、どのようなドリル加工装置であっても構わない。

【0027】

また、本実施の形態においては、テーブル冷却装置５０が水冷式であるものを説明したが、これに限らず、例えば油冷式、空冷式、ヒートポンプ式、ペルチェ式等、どのような方式のものでも構わない。また、テーブル冷却装置５０が例えば油圧式やヒートポンプ式である場合は同様に制御部１００が不図示のポンプを駆動制御し、例えば空冷式である場合は制御部１００が不図示のファンを駆動制御し、例えばペルチェ式である場合は制御部１００が不図示のペルチェ素子を駆動制御することで、テーブル２の温度を調整することができる。

【0028】

また、本実施の形態においては、テーブルの温度を環境温度に対して１～２度程度低く冷却するものを説明したが、これに限らず、ドリル加工時の発熱量、ドリル加工装置が設置される環境、ワークの材質や大きさ、等によって適宜な温度に冷却すればよく、つまり所定温度はこれらの条件によって適宜に設定されればよい。

【0029】

また、本実施の形態においては、第１温度検出センサ９１と第２温度検出センサ９２とを備えて制御部１００に温度の情報を出力するものを説明したが、これらの温度の情報は、制御部１００がどのように入手しても構わない。即ち、環境温度は、工場等で予め設定された温度であれば、制御部１００にその温度を入力しておいても構わない。また、ワークの温度は、ドリルの回転速度等から発熱量を算出し、その値を制御部１００に入力しておくことで、穴明け加工の回数や密集度から演算しても構わない。

【符号の説明】

【0030】

１…ドリル加工装置
２…テーブル
１２…プリント基板（ワーク）
２６…ドリル
３０…プレッシャフット（基板押え部材）
３４…供給通路（第１冷却手段）
３９Ａ～３６Ｄ…貫通孔
４０Ａ～４０Ｄ…空気供給路（第１冷却手段）
５０…テーブル冷却装置（第２冷却手段）
６０…圧縮空気発生源（第１冷却手段、空気供給装置）
９１…第１温度検出センサ
９２…第２温度検出センサ
１００…制御部（制御手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】