(57)【要約】【課題】アルミニウム合金や、アルミニウム合金と炭素繊維の複合材料、若しくはチタン合金などの難削材料などの被加工材に効率良く穴を開けられる工作機械を提供する。【解決手段】コイルスライダ３４が振動するときの振幅や速度が被加工材７０に適した値となるように制御器６０でリニアモータ３０を制御する。制御器６０でリニアモータ３０を制御しながらドリル５０で被加工材７０に穴を開け始める。ドリル５０が微小振動した状態でベース台２０は矢印Ｂ方向に所望の送り速度で移動する。これにより、穴あけ時間を遅くすることなく、切りくずを細かく分断すると共に穴から排出しながら穴あけをできる。一定深さの穴が開いたときは、サーボモータ１８を駆動してベース台２０を矢印Ｂ方向とは反対の方向に移動させることにより穴からドリル５０を引き出す。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の送り方向に移動するベース台と、
前記ベース台上に配置されたリニアモータと、
該リニアモータが駆動することによって前記送り方向及びその反対方向に所定距離だけ往復移動を繰り返す、前記リニアモータの上方に配置されたスピンドル台と、
該スピンドル台に配置された、前記送り方向に延びる回転軸を中心にして回転するスピンドルと、
該スピンドルと共に回転しながら前記スピンドル台と共に前記送り方向及びその反対方向に所定距離だけ往復移動を繰り返す、該スピンドルに着脱自在に固定されたドリルとを備えたことを特徴とする工作機械。
【請求項２】
前記リニアモータは、
前記ベース台若しくは前記スピンドル台に固定された永久磁石と、
前記スピンドル台若しくは前記ベース台に固定されて前記永久磁石に向き合う、前記送り方向及びその反対方向に往復移動を繰り返すコイルスライダとを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
前記ベース台を前記送り方向に移動させる送り機構を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記スピンドル台に固定されたスピンドルモータを備え、
前記スピンドルは、該スピンドルモータによって回転するものであることを特徴とする請求項１，２，又は３に記載の工作機械。
【請求項５】
前記コイルスライダが前記送り方向及びその反対方向に往復移動する移動速度と往復距離を変えられるように前記リニアモータを制御する制御器を備えたことを特徴とする請求項２，３，又は４までのうちのいずれか一項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製等の被加工材に穴を開ける工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属製の被加工材に穴を開ける工作機械が広く使用されている。このような工作機械として、例えば、磁わい振動子に超音波励振や励磁電流を供給することによりドリルをその軸方向に振動させるタイプのものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ドリルを回転させる駆動源からの駆動力でドリルをその軸方向に振動させるタイプも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭３９−４９９７号公報
【特許文献２】
特公昭５０−２５１９６号公報（第１図等）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようなタイプの工作機械では、ドリルがその軸方向に振動するときのスラスト力及びトルクが弱く、また、ドリルを振動させる条件などに制約がある。このような工作機械を使用してアルミニウム合金や、アルミニウム合金と炭素繊維の複合材料、若しくはチタン合金などの難削材料に穴を開ける場合、作業速度が遅くなるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、アルミニウム合金や、アルミニウム合金と炭素繊維の複合材料、若しくはチタン合金などの難削材料に効率良く穴を開けられる工作機械を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の工作機械は、
（１）所定の送り方向に移動するベース台と、
（２）前記ベース台上に配置されたリニアモータと、
（３）該リニアモータが駆動することによって前記送り方向及びその反対方向に所定距離だけ往復移動を繰り返す、前記リニアモータの上方に配置されたスピンドル台と、
（４）該スピンドル台に配置された、前記送り方向に延びる回転軸を中心にして回転するスピンドルと、
（５）該スピンドルと共に回転しながら前記スピンドル台と共に前記送り方向及びその反対方向に所定距離だけ往復移動を繰り返す、該スピンドルに着脱自在に固定されたドリルとを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、
（６）前記リニアモータは、
（６−１）前記ベース台若しくは前記スピンドル台に固定された永久磁石と、
（６−２）前記スピンドル台若しくは前記ベース台に固定されて前記永久磁石に向き合う、前記送り方向及びその反対方向に往復移動を繰り返すコイルスライダとを有するものであってもよい。
【０００８】
また、
（７）前記ベース台を前記送り方向に移動させる送り機構を備えてもよい。
【０００９】
さらに、
（８）前記スピンドル台に固定されたスピンドルモータを備え、
（９）前記スピンドルは、該スピンドルモータによって回転するものであってもよい。
【００１０】
さらにまた、
（１０）前記コイルスライダが前記送り方向及びその反対方向に往復移動する移動速度と往復距離を変えられるように前記リニアモータを制御する制御器を備えてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１と図２を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の工作機械の一実施形態を概略的に示す側面図である。図２は、図１の工作機械の正面図である。
【００１３】
工作機械１０は支持台１２の上に載置されており、図１の紙面に垂直な方向（図２に示す矢印Ａ方向）に移動できるように構成されている。支持台１２の上には、矢印Ｂ方向（本発明にいう送り方向の一例である）に延びるねじ軸１４とナット１６から構成される周知のボールねじが固定されている。このねじ軸１４は、サーボモータ１８によって回転し、この回転に応じてナット１６は矢印Ｂ方向及びその反対方向に移動する。
【００１４】
支持台１２の上面のうちその幅方向（矢印Ｂ方向に直交する方向）の両端部には、図２に示すように、後述するベース台２０を矢印Ｂ方向及びその反対方向に案内するためのガイド部１２ａが形成されている。このガイド部１２ａは、矢印Ｂ方向に延びる角柱状のものである。なお、上記したねじ軸１４、ナット１６、及びサーボモータ１８によって、本発明にいう送り機構が構成されている。
【００１５】
ナット１６の上にはベース台２０が固定されている。ベース台２０の下面のうち、幅方向（矢印Ｂ方向に直交する方向）の中央部にナット１６が固定されている。また、ベース台２０の下面のうち幅方向両端部には、上記のガイド部１２ａに案内されるころがり軸受２２が固定されている。従って、ねじ軸１４の回転に応じて、ベース台２０は矢印方向及びその反対方向に選択的に移動することとなる。
【００１６】
ベース台２０の上面のうち、その幅方向（矢印Ｂ方向に直交する方向）の中央部にはリニアモータ３０が配置されている。このリニアモータ３０は、ベース台２０に固定された永久磁石３２と、この永久磁石３２に向き合うコイルスライダ３４とを有する。コイルスライダ３４は、後述するスピンドル台４０に固定されている。リニアモータ３０を駆動させることによりコイルスライダ３４は矢印Ｂ方向及びその反対方向に振動して、微小距離だけ往復移動を繰り返す。永久磁石３２とコイルスライダ３４は、矢印Ｂ方向に延びる板状のものである。永久磁石３２とコイルスライダ３４は、後述するガイド部２０ａところがり軸受２２によって矢印Ｃ方向（図１では上下方向）互いに微小間隔離れて配置されている。
【００１７】
ベース台２０の上面のうちその幅方向両端部には、矢印Ｂ方向に延びるガイド部２０ａが形成されている。また、スピンドル台４０の下面のうちその幅方向中央部には、上記のコイルスライダ３４が固定されている。スピンドル台４０の下面のうちその幅方向両端部には、上記のガイド部２０ａに嵌まって案内されるころがり軸受２２が固定されている。ころがり軸受２２をガイド部２０ａに嵌め込むことにより永久磁石３２とコイルスライダ３４は互いに微小間隔離れて配置されることとなる。上述したようにリニアモータ３０を駆動させることによりコイルスライダ３４が矢印Ｂ方向及びその反対方向に振動して微小距離だけ往復移動を繰り返すので、このコイルスライダ３４が固定されているスピンドル台４０も矢印Ｂ方向及びその反対方向に振動して微小距離だけ往復移動を繰り返すこととなる（即ち、微小振動する）。
【００１８】
スピンドル台４０の上面には、その回転軸が矢印Ｂ方向に延びるスピンドルモータ４２が固定されている。スピンドルモータ４２の長手方向両端部は、スピンドル台４０の上面に形成された固定部４０ａに固定されている。スピンドルモータ４２のうち矢印Ｂ方向下流側部分にはスピンドル４４が固定されている。このスピンドル４４は、スピンドルモータ４２が駆動することにより回転する。スピンドル４４は、矢印Ｂ方向に延びる回転軸４４ａ（仮想の軸）を中心にして回転する。
【００１９】
スピンドル４４の先端部（矢印Ｂ方向下流側部分）には、ドリル５０が着脱自在に固定されている。スピンドル台４０はリニアモータ３０の駆動によって矢印Ｂ方向及びその反対方向に高速で微小振動するので、ドリル５０はスピンドル４４と共に矢印Ｂ方向及びその反対方向に高速で微小振動する。この振動の振幅が、本発明にいう所定距離に相当する。また、ドリル５０はリニアモータ３０の駆動力によって微小振動するので大きなトルクで微小振動することとなる。この結果、工作機械１０を使用することにより、アルミニウム合金や、アルミニウム合金と炭素繊維の複合材料、若しくはチタン合金などの難削材料７０に効率良く穴を開けられる。なお、被加工材７０は、支持台１２の端部に配置された固定台７２に固定されている。
【００２０】
上記したリニアモータ３０は制御器６０に制御される。制御器６０は、コイルスライダ３４の磁極（「＋」極と「−」極）を交互に切り替えることにより、コイルスライダ３４が矢印Ｂ方向及びその反対方向に振動する速度（本発明にいう移動速度の一例である）と振動の振幅を変えられるようにリニアモータ３０を制御する。従って、制御器６０によって、矢印Ｂ方向及びその反対方向にドリル５０が振動する速度と振動の振幅は適宜に変更されることとなる。
【００２１】
上記した工作機械１０を使って被加工材７０に所望深さの穴（若しくは、貫通孔）を開けるに当たっては、コイルスライダ３４が振動するときの振幅や速度が被加工材７０に適した値となるように制御器６０でリニアモータ３０を制御する。このように制御器６０でリニアモータ３０を制御しながらドリル５０で被加工材７０に穴を開け始める。一定の深さ（上記の所望深さよりも浅い深さ）の穴が開くまでは、ドリル５０が微小振動した状態でベース台２０は矢印Ｂ方向に所望の送り速度で移動する。これにより、穴あけ時間を遅くすることなく、切りくずを細かく分断すると共に穴から排出しながら穴あけをできる。一定深さの穴が開いたときは、サーボモータ１８を駆動してベース台２０を矢印Ｂ方向とは反対の方向に移動させることにより穴からドリル５０を引き出す。従って、注油をせずに済むので乾式で穴を開けられる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の工作機械では、ドリルがスピンドルと共に回転しながらスピンドル台（及びスピンドル）と共に送り方向及びその反対方向に所定距離だけ往復移動を繰り返す。また、スピンドル台が往復運動を繰り返している状態でベース台は送り方向に移動する。これにより、従来の工作機械で穴あけ時間を遅くしていた送り軸全体の反対方向への移動をなくし（スピンドルが反対方向に移動してもベース台は送り方向に移動している）、穴あけ時間を大幅に短縮する。スピンドル台はリニアモータの駆動によって往復移動するので、リニアモータを適宜に制御して駆動させることによってスピンドル台が高速で微小距離だけ往復移動を繰り返す（振幅運動をする）。従って、ドリルも高速で微小距離だけ送り方向及びその反対方向に往復移動を繰り返す。また、ドリルはリニアモータの駆動力によって往復移動するので大きなトルクで往復移動することとなる。この結果、アルミニウム合金や、アルミニウム合金と炭素繊維の複合材料、若しくはチタン合金などの難削材料に効率良く穴を開けられる。
【００２３】
ここで、前記リニアモータは、前記ベース台に固定された永久磁石と、前記スピンドル台に固定されて前記永久磁石に向き合う、前記送り方向及びその反対方向に往復移動を繰り返すコイルスライダとを有するものである場合は、コイルスライダの磁極を交互に高速で変えることにより、スピンドル台が高速で微小距離だけいっそう容易に往復移動を繰り返せる。
【００２４】
また、前記ベース台を前記送り方向に移動させる送り機構を備えた場合は、ベース台とスピンドル台とを互いに独立して移動させられるので、ベース台の移動とスピンドル台の移動とを適宜に調整することにより被加工材に乾式で穴を開けられる。
【００２５】
さらに、前記スピンドル台に固定されたスピンドルモータを備え、前記スピンドルは、該スピンドルモータによって回転するものである場合は、簡易な構造の工作機械が得られる。
【００２６】
さらにまた、前記コイルスライダが前記送り方向及びその反対方向に往復移動する移動速度と往復距離を変えられるように前記リニアモータを制御する制御器を備えた場合は、ドリルが送り方向及びその反対方向に往復移動する速度と往復距離を適宜に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工作機械の一実施形態を概略的に示す側面図である。
【図２】図１の工作機械の正面図である。
【符号の説明】
１０  工作機械
１２  支持台
２０  ベース台
３０  リニアモータ
３２  永久磁石
３４  コイルスライダ
４０  スピンドル台
４２  スピンドルモータ
４４  スピンドル
５０  ドリル
６０  制御器
７０  被加工材
【図１】
2004261928.tif 000003
【図２】
2004261928.tif 000004