(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源の駆動を受けて回転する工具を備えたツールユニットによりワークに穴加工又はめねじ切りを行うドリル・タップ加工装置であって、
水平な面内を旋回自在な第１ビームと、この第１ビームに水平面内を旋回自在に連結された第２ビームとを設け、これらを常時約９０°の角度を成して配置するとともに、第２ビームの先端に前記ツールユニットを工具の軸線方向に移動可能に支持して成ることを特徴とするドリル・タップ加工装置。
【請求項２】
第２ビームは垂直面内を旋回可能な平行リンクであることを特徴とする請求項１に記載のドリル・タップ加工装置。
【請求項３】
第２ビームは、水平面に対して平行に延びて設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のドリル・タップ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに穴加工又はめねじ切りを行うドリル・タップ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークに穴加工やめねじ切りを行う上で、その工具であるドリルやタップの折損が問題となっており、こうした問題に対して特許文献１に示す穴加工方法およびその装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１の穴加工方法およびその装置は、ドリルを回転させるスピンドルモータを電磁石などの復原要素とアクチュエータなどの減衰要素とで支持して設け、スピンドルモータがＸ，Ｙ，Ｚ直交座標系内（３次元空間内）で変位できるように構成したものである。そして、ドリルがワーク表面に接触する段階では復原要素と減衰要素による支持力を弱め、ドリルがワークに接触した時の反力をスピンドルモータの変位で吸収しつつ、スピンドルモータの振動を抑えてドリルの折損を防止する。その後、ドリルがワークを切削可能な程度に接触圧が高まると、スピンドルモータの支持力を瞬時に高めてドリルの軸振れを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−７１５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された穴加工方法およびその装置によれば、ドリルがワークに接触する段階でのドリルの折損は防止できるものの、穴加工中のドリルの折損は発生する。すなわち、穴加工中には切り粉の噛み込みやドリルの形状、ワークの組成等、様々な要因が絡み合って、ドリルに作用する回転負荷トルクが複雑に変動する。これらが複合応力となってドリルには単なる回転負荷のみならず、軸心を複雑に移動させる方向の力が作用するが、特許文献１においては、穴加工段階でスピンドルモータの支持力を強化しているため、ドリルに作用する力を吸収しきれず、ドリルの折損を招く結果となってしまう。また特許文献１には、ばねとダンパによってスピンドルモータをＸＹ平面内で移動可能に支持する実施例も示されているが、この場合でも複合応力によるドリルの複雑な動きをばねとダンパで完全に減衰して吸収することは不可能であり、やはりドリルを折損してしまうことになる。むしろ、複雑な力の影響でばねの振動が増幅され、ドリルの折損を助長してしまうことにもなりかねない。そればかりか、ドリルに作用する回転負荷トルクの反力でスピンドルモータのＺ軸周りの回転変位を招き、これとばねの弾性によってスピンドルモータ自体の回転振動が起こり、ドリルの折損を助長したり、スピンドルモータ支持系を損傷したりする等の問題も発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて創成されたものであり、ドリルやタップ等の工具の折損を防止し、確実に穴加工やめねじ切りを行うことができるドリル・タップ加工装置の提供を目的とする。この目的を達成するために本発明は、  回転駆動源の駆動を受けて回転する工具を備えたツールユニットによりワークに穴加工又はめねじ切りを行うドリル・タップ加工装置であって、水平な面内を旋回自在な第１ビームと、この第１ビームに水平面内を旋回自在に連結された第２ビームとを設け、これらを常時約９０°の角度を成して配置するとともに、第２ビームの先端に前記ツールユニットを工具の軸線方向に移動可能に支持して成ることを特徴とする。なお、前記第２ビームは垂直面内を旋回可能な平行リンクであることが望ましく、また、第２ビームは、水平面に対して平行に延びて設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
旋回動作が可能なバランスアームにツールユニットを支持して穴加工又はめねじ切りを行うため、穴加工又はめねじ切りの最中に工具に作用する複雑な力に対し、バランスアームの微妙な旋回動作を生じさせ、これによって工具を最適な位置に自動調心することが可能になる。また、第１ビームと第２ビームとが約９０°の角度で配置されていることから、ツールユニットの回転反力を圧力角約０°で受けることができ、回転反力によるツールユニットの位置ずれを防止することができる。これらにより、ドリルやタップの折損を防止し、確実な穴加工又はめねじ切りを行うことができる等の利点がある。特に、小径のドリルやタップは加工中に折損を生じやすいが、本ドリル・タップ加工装置によれば、こうした小径のドリル又はタップの折損も防止することができ、微細な穴加工やめねじ切りを正確かつ確実に行うことができる等の利点もある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るドリル・タップ加工装置の斜視図である。
【図２】本発明に係るドリル・タップ加工装置の正面図である。
【図３】本発明に係るドリル・タップ加工装置の平面図である。
【図４】第２ビームが下死点まで下方に旋回した状態を示す、図３のＢ−Ｂ線に係る拡大一部切欠断面図である。
【図５】第２ビームがリフトに押し上げられて上方に旋回した状態を示す、図３のＢ−Ｂ線に係る拡大一部切欠断面図である。
【図６】本発明に係るドリル・タップ加工装置の斜視説明図である。
【図７】図２のＡ−Ａ線に係る拡大一部切欠断面図である。
【図８】穴加工時のばね掛けの状態を示す要部拡大一部切欠断面図である。
【図９】めねじ切り加工時のばね掛けの状態を示す要部拡大一部切欠断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。
図１乃至図９において、１はドリル・タップ加工装置であり、バランスアーム２と、このバランスアーム２に連結されたツールユニット３とを備えて成る。バランスアーム２は、十分に強度のある基台やフレーム等（図示せず）に立設固定される支柱４を有し、この支柱４にはビームホルダ５が固定されている。このビームホルダ５は支柱４に沿って位置調整可能に構成される。そして、このビームホルダ５には回転軸６が垂直に延びて回転自在に取り付けてあり、この回転軸６には、水平に延びる第１ビーム７が一体に連結されている。これにより、第１ビーム７は図３の矢印Ｙ１方向、すなわち水平面内を旋回自在に構成されている。また、第１ビーム７の先端には垂直上方に延びる回転軸８を介して第２ビーム９が連結されており、この第２ビーム９は、回転軸８を支点に図３の矢印Ｙ２方向、すなわち水平面内を旋回自在に構成されている。
【００１０】
前記第２ビーム９は、回転軸８に嵌合支持されたエルボ９ａと、このエルボ９ａに垂直面内を旋回可能にそれぞれ軸支されて平行に配置された２本のリンク９ｂ，９ｃと、これらリンク９ｂ，９ｃの先端をそれぞれ垂直面内で旋回可能に軸支するツールホルダ９ｄとから構成される。この構造により第２ビーム９は平行リンクを構成し、図４及び図５に示すように、リンク９ｂとリンク９ｃとは相対的に、またツールホルダ９ｄはエルボ９ａに対して、それぞれ平行関係を保って垂直面内を旋回できるように構成されている。
【００１１】
前記エルボ９ａには板状のストッパプレート１０がリンク９ｂ，９ｃと平行に延びて固定されている。このストッパプレート１０の先端下部には、ストッパブロック１１が取り付けられており、このストッパブロック１１には、ツールホルダ９ｄの下方に位置してストッパボルト１２が螺合してある。第２ビーム９は、図４に示すように、このストッパボルト１２に当接するまで下方に旋回できるようになっており、このストッパボルト１２を回してその突出量を調節することにより、第２ビーム９の下死点を任意に設定することができる。また、このストッパボルト１２には、その軸心に沿って中空穴１２ａが貫通成形してあり、ここにはリフト１３が圧入固定されている。このリフト１３は、カメラ用のレリーズ装置であり、図示しない専用コントローラを操作することで先端のピン１３ａを突出させることが可能になっている。このリフト１３のピン１３ａの突出動作により、図５に示すように、第２ビーム９を持ち上げることができるように構成されている。なお、図５では、第２ビーム９がリフト１３によって押し上げられた状態を示しているが、ツールユニット３を手で持って操作すれば、第２ビーム９はさらに上方に旋回することができる。
【００１２】
前記ストッパプレート１０には垂直方向に延びてばね掛け１４が設けられ、このばね掛け１４の両端にはそれぞれ引っ張りばね１５ａ，１５ｂが連結してある。この引っ張りばね１５ａ，１５ｂは、それぞれ前記リンク９ｂ，９ｃに連結されている。また、前記ばね掛け１４は、ストッパプレート１０に固定された調整板１６の溝１６ａに嵌合して配置されており、常時はストッパプレート１０と調整板１６とで挟持固定されている。この調整板１６をストッパプレート１０に止めるねじの一つは蝶ボルト１７になっており、この蝶ボルト１７を緩めることで、ばね掛け１４を溝１６ａに沿って垂直方向に移動することが可能となるよう構成されている。これにより、ばね掛け１４を垂直方向任意の位置に位置決め固定することが可能になり、引っ張りばね１５ａ，１５ｂによって第２ビーム９に付与される引っ張り力を調節できるように構成されている。
【００１３】
一方、ツールユニット３は、前記ツールホルダ９ｄと一体に取り付けられたモータマウント１８を有し、図７に示すように、このモータマウント１８には回転駆動源の一例であるＡＣサーボモータ１９（以下、単にモータ１９という）が軸線垂直な姿勢で固定されている。このモータ１９の駆動軸１９ａには、同軸線上にカップリング２０を介して中空軸状のツールホルダ２１が一体に回転可能に連結されており、このツールホルダ２１には、コレットホルダ２２が同軸線上に一体に回転可能に保持されている。このコレットホルダ２２は、常時、ツールホルダ２１の下部に設けられた鋼球２３によって抜け止めされているが、鋼球２３を押さえているカラー２４を上方へ逃がして鋼球２３を動作可能にすることで、ツールホルダ２１から取り外せるように構成されている。このコレットホルダ２２の先端には、穴加工用のドリルやめねじ切り加工用のタップ等の工具２５が同軸線上に一体に回転可能に保持されている。
【００１４】
また、前記モータ１９にはエンコーダ１９ｂが備えられており、モータ１９の駆動軸１９ａの回転回数に応じた信号を発するように構成されている。このエンコーダ１９ｂは、モータ駆動制御用のコントローラ（図示せず）に接続されている。
【００１５】
ツールユニット３は、軸線垂直な姿勢、すなわち工具２５の軸線が垂直方向となる姿勢で前記ツールホルダ９ｄに連結されている。このため、バランスアーム２の第１，第２ビーム７，９の各水平旋回と、第２ビーム９の垂直旋回との組み合わせで、軸線垂直な姿勢を保ったまま当該軸線方向に上下移動できるよう構成されている。
【００１６】
上記ドリル・タップ加工装置１は、バランスアーム２に保持されたツールユニット３の姿勢からもわかるように、ワークに垂直方向の穴加工又はめねじ切り加工を行うものである。第１の作業例として、穴加工を行う例を以下に示す。
【００１７】
ワークＷに穴加工を行う場合には、ツールホルダ２１に工具２５としてドリルを保持するとともに、図８に示すように、ばね掛け１４を下方にスライドさせて固定する。これにより下側の引っ張りばね１５ｂがリンク９ｃを引き下げるように効き、加工時、ツールユニット３等の自重による荷重に加えて引っ張りばね１５ｂの力でドリルをワークＷに押圧することが可能になる。この状態で、ツールユニット３を操作してワークＷの穴加工位置に工具２５の先端を配置する。この時、第１ビーム７と第２ビーム９とは、平面視における角度θが約９０°となる水平旋回状態に設定され、かつ第２ビーム９は、リンク９ｂ，９ｃがほぼ水平方向に延びるように設定される。
【００１８】
而して、ツールユニット３のスタートスイッチ（図示せず）を入れてモータ１９が駆動すると、カップリング２０を介してツールホルダ２１乃至工具２５（ドリル）が回転する。この時、工具２５にはツールユニット３等の自重と引っ張りばね１５ｂの力とによる荷重が負荷されるため、回転により工具２５はワークＷに穿孔する。この穴加工中、ツールユニット３やバランスアーム２はフリーな状態に置かれる。つまり、作業者がツールユニット３を把持したり、バランスアーム２の動きを規制したりすることはない。
【００１９】
穴加工中、工具２５には、切り粉の噛み込みや工具２５自体の形状、ワークＷの組成、モータ１９固有のトルクリップル等の様々な要因が絡み合って複雑な抗力が作用する。このような抗力が作用した場合、これを受けてバランスアーム２は水平・垂直方向に微妙に旋回動作し、ツールユニット３の位置を微調整する。これにより、工具２５は抗力に抗うことなく常に最適な状態に自動調心されてワークＷに穿孔する。また、工具２５がワークＷに穿孔するにともなうツールユニット３の下降や、前述の抗力によるツールユニット３の軸線方向の微細動に対しては、第２ビームがほぼ水平に設定されていることから、小さな力で第１ビーム７、第２ビーム９を水平旋回させて工具２５を調心していくことが可能である。
【００２０】
また、工具２５に作用する抗力の中でも回転負荷の占める割合は大きく、加工中の変動も細かく複雑である。この回転負荷は、ツールユニット３の回転反力としてバランスアーム２に伝達される。この時、バランスアーム２は第１ビーム７と第２ビーム９とが平面視で約９０°を成すように設定されているため、この回転反力を圧力角０°で第１ビーム７によって受けることが可能になる。これにより、回転反力すなわち工具２５に作用する回転負荷による第１，第２ビーム７，９の旋回動作は生じさせず、ツールユニット３の位置ずれを防止する。
【００２１】
回転反力を圧力角０°で受けるべく、第１ビーム７と第２ビーム９の成す平面視の角度θは９０°とするのが最適であるが、実際には各ビーム７，９連結部分の摩擦抵抗の影響が存在するため、角度θが厳密に９０°でなくとも回転反力による第１，第２ビーム７，９の旋回は起こらない。実作業においては、前述のように工具２５が受ける抗力や穿孔にともなってバランスアーム２が微妙に水平旋回動作するが、この程度では回転反力の影響でツールユニット３の位置ずれを生じさせることはない。工具２５が受ける抗力に対し、バランスアーム２を十分に強度のあるものとすれば、第１ビーム７と第２ビーム９とが成す平面視の角度θは９０±５°の範囲で設定しても実用上の問題はない。
【００２２】
工具２５により所望の深さまで穿孔がなされると、モータ１９の駆動を停止するとともに、リフト１３のコントローラを操作してピン１３ａを突出させる。これにより、第２ビーム９は上方に持ち上げられ、工具２５をワークＷから抜出することができる。
【００２３】
次に第２の作業例としてワークにめねじ切り加工を行う例を示す。
ワークＷにめねじ切りを行う場合には、まず、前述のように工具２５としてドリルを用いてワークＷに下穴を形成する。その後、工具２５をタップに交換するとともに、図９に示すように、ばね掛け１４を上方にスライドさせて固定する。これにより上側の引っ張りばね１５ａがリンク９ｂを引き上げるように効き、加工中、工具２５（タップ）を下方に押圧しようとする力（ツールユニット３等の自重による荷重）が相殺される。
【００２４】
続いて、ツールユニット３を操作して工具２５先端をワークＷの下穴入口に位置させる。この時も、上述同様の理由から第１，第２ビーム７，９が平面視で約９０°を成し、かつ第２ビーム９のリンク９ｂ，９ｃがほぼ水平になるよう、バランスアーム２とワークＷとの位置・高さ関係を設定する。そして、モータ１９を正転駆動して工具２５をねじ切り方向に回転させると、工具２５は下穴に沿ってめねじを成形する。
【００２５】
めねじ切りの過程においては、コントローラでエンコーダ１９ｂの出力パルスが読み取られ、これによりモータ１９が所定の回転回数正転駆動したことが検知されると、モータ１９が逆転駆動に切り替えられる。而して、正転駆動時の回転回数よりも少ない回転回数だけモータ１９を逆転駆動させた後は、再度モータが正転駆動に戻される。これを繰り返して、所望の深さまで工具２５によるねじ切りを行う。これにより、工具２５は所定回転ねじ切りを行う度に、それよりも少ない回転分ねじ戻されるため、切り粉の噛み込みを防ぎ、安定しためねじの成形が可能となる。また、引っ張りばね１５ａの作用により、ツールユニット３の自重等による工具２５への荷重は相殺されているため、工具２５のねじ切り、ねじ戻しのそれぞれにおいて、工具２５は既に成形しためねじに沿って回転することができる。よって、工具２５が既に成形されためねじに噛み込んで、別のめねじを切ってしまう不具合の発生も防止できる。
【００２６】
このめねじ切り加工においても、工具２５の下穴への喰い付き当初からめねじの切り終わりまで、上述の穴加工の時と同様にバランスアーム２による自動調心効果と、回転反力によるツールユニット３の位置ずれを防止する効果とが得られる。このため、タップの折損を防止し、確実にめねじを切ることが可能となる。
【００２７】
以上のように本ドリル・タップ加工装置１は、穿孔中に工具２５に作用する純粋な回転負荷によるバランスアーム２の旋回（ツールユニット３の位置ずれ）は防止し、それ以外の工具２５に作用する力、例えば工具２５を平行移動させる力や曲げモーメント等に対してはバランスアーム２の水平面内及び垂直面内の微妙な旋回動作を許容し、ツールユニット３を最適位置に調心することができるものである。このため、穿孔中に作用する複雑な力によって工具２５が折損することを防止し、確実に穴加工を行うことができる。特に穴加工でφ２ｍｍ以下、めねじ切り加工でＭ２以下の微小径の穴やめねじを加工する場合には、ドリルやタップの折損率が高くなるが、本ドリル・タップ加工装置１によれば、こうした微小径の工具２５の折損も防止することが可能となる。
【００２８】
なお、上記の工具２５としてはドリルとタップを同軸上に一体構造としたドリルタップを使用することもでき、これにより下穴加工とめねじ切り加工とを１本の工具で連続的に行ってもよい。また、本発明の実施形態においては、第２ビーム９が平行リンクを形成することにより、ツールユニット３が常時軸線垂直な姿勢で上昇・下降動作できるように構成したが、第２ビーム９は水平旋回のみ可能な構成としてもよい。この場合、第２ビーム９先端に、例えばＴＨＫ株式会社のＬＭガイド等のスライドユニット（図示せず）を垂直方向のスライドを許容するように設け、このスライドユニットにツールユニット３を支持する。
【符号の説明】
【００２９】
１  ドリル・タップ加工装置
２  バランスアーム
３  ツールユニット
４  支柱
５  ビームホルダ
６  回転軸
７  第１ビーム
８  回転軸
９  第２ビーム
９ａ  エルボ
９ｂ  リンク
９ｃ  リンク
９ｄ  ツールホルダ
１０  ストッパプレート
１１  ストッパブロック
１２  ストッパボルト
１３  リフト
１４  ばね掛け
１５ａ  引っ張りばね
１５ｂ  引っ張りばね
１６  調整板
１７  蝶ボルト
１８  モータマウント
１９  ＡＣサーボモータ
２０  カップリング
２１  ツールホルダ
２２  コレットホルダ
２３  鋼球
２４  カラー
２５  工具
Ｗ  ワーク
【図１】
0005513102.tif 000002
【図２】
0005513102.tif 000003
【図３】
0005513102.tif 000004
【図４】
0005513102.tif 000005
【図５】
0005513102.tif 000006
【図６】
0005513102.tif 000007
【図７】
0005513102.tif 000008
【図８】
0005513102.tif 000009
【図９】
0005513102.tif 000010