(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させる回転駆動手段と、前記工具を所定方向に送る送り駆動手段とを備えた加工装置であって、
前記回転駆動手段の駆動力を伝達する回転伝達経路途中に配置された回転方向に変形可能な回転変形部と、該回転変形部の前後における回転位相のずれに基づいて回転負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記送り駆動手段による駆動力を伝達する送り伝達経路途中に配置された送り方向に変形可能な送り変形部と、該送り変形部の前後における送り量のずれに基づいて送り負荷を検出する送り負荷検出手段とを有し、
前記回転負荷検出手段により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出手段により検出された送り負荷とによって表される負荷データが、回転負荷と送り負荷とを変数とし、両負荷が複合して生ずる工具の破損を予測する関数に所定の安全率を盛り込み、所定割合だけ回転負荷及び送り負荷を割り引いて設定された負荷限界値を越えた場合に、前記工具の送り動作を中断するように構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記回転伝達経路と前記送り伝達経路とが少なくとも前記回転変形部と前記送り変形部とにおいて工具に対して並列に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
工具を回転させる回転駆動手段と、前記工具を所定方向に送る送り駆動手段とを備えた加工装置であって、
前記回転駆動手段の駆動力を伝達する回転伝達経路途中に配置された回転方向に変形可能な回転変形部と、該回転変形部の前後における回転位相のずれに基づいて回転負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記送り駆動手段による駆動力を伝達する送り伝達経路途中に配置された送り方向に変形可能な送り変形部と、該送り変形部の前後における送り量のずれに基づいて送り負荷を検出する送り負荷検出手段とを有し、
前記回転伝達経路と前記送り伝達経路とが少なくとも前記回転変形部と前記送り変形部とにおいて工具に対して並列に構成され、
前記回転負荷検出手段により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出手段により検出された送り負荷とによって表される負荷データが、回転負荷と送り負荷とを変数とする所定の負荷限界値を越えた場合に、前記工具の送り動作を中断するように構成されていることを特徴とする加工装置。
【請求項４】
前記回転変形部は、前記回転方向に捩り変形可能な帯状片であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項５】
前記回転変形部は、前記回転伝達経路内において前記送り方向に移動可能に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項６】
前記送り変形部は、前記回転伝達経路を回転自在に軸支するとともにスラスト方向の変位に追従するように構成された軸受体を支持する、前記送り方向に撓み変形可能な支持部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項７】
前記支持部材は片持ち梁状に前記回転伝達経路を支持した構造を備えていることを特徴とする請求項６に記載の加工装置。
【請求項８】
前記回転負荷検出手段により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出手段により検出された送り負荷とによって表される前記負荷データが前記負荷限界値を越えた場合に、前記工具を前記送り方向とは逆方向に所定量戻した後、前記工具が前記送り動作を中断する際の送り位置よりも所定量手前まで高速で送り、さらにその後、通常の前記送り動作に復帰するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の加工装置。
【請求項９】
前記負荷限界値は、前記回転負荷と前記送り負荷とを変数とする連続的な解を有する関数によって決定されるように構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加工装置に係り、特に、微細穴を形成するための小径ドリルを工具として用いる穿孔装置の構造として好適な加工装置の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ドリルやリーマなどの各種穿孔工具を用いる各種の加工装置が用いられている。この種の加工装置においては、近年の製品の小型化、薄型化に伴ってきわめて微小な径を備えた穴若しくは孔を形成する技術が要求されるようになってきている。しかしながら、このような微小な穴若しくは孔を形成するための工具はきわめて微小な外径を備えたものとなることから、工具の折損が発生しやすく、工具の折損によって修正不能なワーク不良が発生したり、生産性が著しく低下したりする。また、高品位の微小径の工具はきわめて高価であり、工具の破損によって製造コストの増大が避けられない。
【０００３】
そこで従来から、ドリル等の穿孔工具の折損を防止するために、穿孔工具の負荷トルクを種々の方法で検出し、この検出値に応じて穿孔工具の動作を制御するようにする技術が提案されている。負荷トルクを検出する方法としては駆動モータの駆動電流を検出する方法が最も良く知られている（特開平１１−５８１１３号公報、特開平６−８１１１号公報、特開平１０−２８６７４４号公報など）。また、これらの公報の多くが、負荷トルクとともに、主軸のスラスト方向の負荷である送り抵抗をも駆動モータの消費電力等に基づいて検出し、負荷トルクと送り抵抗とをそれぞれ閾値と比較し、その結果に基づいて工具の送り制御を行い、工具破損を防止している。
【０００４】
また、負荷トルクを検出する方法として、特公昭５４−６１０２号公報、特開平５−２７７８１７号公報、特開平７−１２６５９号公報などに見られるように、駆動モータなどの回転駆動源から工具までの回転伝達経路中において機械的に負荷トルクを検出し、これを用いて工具を制御する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の負荷量を駆動モータにおいて検出する方法では、精度の良いトルク検出ができず、例えば、０．０５〜０．５ｍｍ程度の極細の穿孔工具を用いる場合には、工具の折損防止の確実性・信頼性が得られにくいという問題点がある。
【０００６】
また、上記従来の回転伝達経路中において機械的に負荷トルクを検出する方法においては、検出を行うための機械的構造が複雑であるため、安定性・再現性のある検出が困難であるとともに製造コストやメンテナンスコストの上昇が避けられず、さらに性能を維持することが難しいという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、簡単な構造で安価に構成でき、しかも、きわめて微細な径の工具であっても確実に折損を防止することのできる加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の加工装置は、工具を回転させる回転駆動手段と、前記工具を所定方向に送る送り駆動手段とを備えた加工装置であって、前記回転駆動手段の駆動力を伝達する回転伝達経路途中に配置された回転方向に変形可能な回転変形部と、該回転変形部の前後における回転位相のずれに基づいて回転負荷を検出する回転負荷検出手段と、前記送り駆動手段による駆動力を伝達する送り伝達経路途中に配置された送り方向に変形可能な送り変形部と、該送り変形部の前後における送り量のずれに基づいて送り負荷を検出する送り負荷検出手段とを有し、前記回転負荷検出手段により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出手段により検出された送り負荷とによって表された負荷データが、回転負荷と送り負荷とを変数とし、両負荷が複合して生ずる工具の破損を予測する関数に所定の安全率を盛り込み、所定割合だけ回転負荷及び送り負荷を割り引いて設定された負荷限界値を越えた場合に、前記工具の送り動作を中断するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、回転変形部の回転方向の変形によって生じた回転位相のずれに基づいて回転負荷が回転負荷検出手段により検出され、送り変形部の送り方向の変形によって生じた送り量のずれに基づいて送り負荷が送り負荷検出手段によって検出され、これらの回転負荷と送り負荷とで表される負荷データが回転負荷と送り負荷とを変数とする負荷限界値を越えた場合に工具の送り動作が中断される。したがって、回転変形部と送り変形部の機械的変形によって回転負荷と送り負荷とを精度良く検出できるとともに、回転負荷と送り負荷とを変数とし、両負荷が複合して生ずる工具の破損を予測する関数に所定の安全率を盛り込み、所定割合だけ回転負荷及び送り負荷を割り引いて設定された負荷限界値を基準として送り動作を中断することによって両負荷が複合して生ずる工具の破損を的確に予測できるために、工具の折損を確実に防止でき、信頼性が高く、しかも効率的な加工を実現できる。
【００１０】
本発明において、前記回転変形部は、前記回転方向に捩り変形可能な帯状片であることが好ましい。この手段によれば、回転変形部が回転方向に捩り変形可能な帯状片で構成されていることにより、回転変形部の構造を簡易に構成できるとともに、捩れ方向の変形量を大きくすることができるため、高感度の捩り変形特性を得ることができるので、感度の高い回転負荷の検出が可能になり、さらに回転負荷の検出構造としては安価に構成できる。さらに、帯形状になっていることにより、回転伝達経路中において、スリット等に挿入するなどの方法によって、回転方向に係合した接続状態を容易に実現することができ、しかも、この接続状態を、回転軸方向にスライド自在に構成することも容易にできる。
【００１１】
本発明において、前記回転変形部は、前記回転伝達経路内において前記送り方向に移動可能に接続されていることが好ましい。この手段によれば、回転伝達経路内の送り方向のずれに影響されることなく回転変形部がほぼ回転方向にのみ変形できるので、回転負荷を精度良く検出できる。特に、送り方向が回転軸方向である場合には、回転変形部と、回転伝達経路の他部材との接続構造を、相互に出し入れ自在に挿入した構造とすることによって、送り変形部の変形に伴う送り方向の変位をも吸収することができるために、回転変形部の送り方向の変形を防止することができるから、送り負荷の変動による送り変形部の変形が回転変形部に与える影響を低減できるとともに、回転変形部が送り変形部に対しその変形を妨げるようにして与える影響をも低減できるので、回転負荷と送り負荷との相互干渉を低減しつつ高精度にそれぞれの負荷を検出できる。また、このような接続態様は簡易且つ安価に構成できる。
【００１２】
本発明において、前記回転負荷検出手段は、前記回転変形部の前後位置における回転位相差を非接触で検出する手段であることが好ましい。非接触で検出することによって検出手段が回転変形部に与える影響を無くすことができるため、回転負荷を高精度に検出できる。非接触の検出方法としては、光学的検出手段を用いる方法であることが望ましい。
【００１３】
本発明において、前記送り変形部は、前記回転伝達経路を回転自在に軸支するとともにスラスト方向の変位に追従するように構成された軸受体を支持する、前記送り方向に撓み変形可能な支持部材であることが好ましい。この手段によれば、送り伝達経路中に設けられた支持部材を送り変形部とすることによって、簡易な構造で送り方向に変形させることができる。
【００１４】
本発明において、前記支持部材は片持ち梁状に前記回転伝達経路を支持した構造を備えていることが好ましい。支持部材が片持ち梁（カンチレバー）状に構成されていることにより、構造を簡易なものとすることができるとともに、送り方向のずれに対する追随性を高めることができ、送り負荷に対する検出感度を向上させることができる。
【００１５】
本発明において、前記送り負荷検出手段は、前記送り変形部に設けられた歪み検出手段であることが好ましい。この手段によれば、送り変形部の変形を簡易に検出することができる。この歪検出手段としては、電気抵抗変化、或いは、圧電効果を用いた歪センサが挙げられる。
【００１６】
本発明において、前記回転負荷検出手段により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出手段により検出された送り負荷とによって表される前記負荷データが前記負荷限界値を越えた場合に、前記工具を前記送り方向とは逆方向に所定量戻した後、前記工具が前記送り動作を中断する際の送り位置よりも所定量手前まで高速で送り、さらにその後、通常の前記送り動作に復帰するように構成されていることが好ましい。この手段によれば、工具が送り動作を中断する際の送り位置よりも手前で通常の送り動作に復帰することによって加工再開時の工具の破損事故を防止できるとともに、工具が送り動作を中断する際の送り位置よりも所定量手前まで高速で送ることによって効率的に加工を行うことができる。
【００１７】
本発明において、前記負荷限界値は、前記回転負荷と前記送り負荷とを変数とする連続的な解を有する関数によって決定されるように構成されていることが好ましい。この手段によれば、回転負荷と送り負荷とを変数とする連続的な解を有する関数によって負荷限界値が決定されることにより、回転負荷と送り負荷との双方の寄与を的確に反映させて工具破損を防止できるので、特に微小径の工具の破損防止にきわめて有効である。
【００１８】
なお、本発明においては、回転伝達経路と送り伝達経路とが少なくとも回転変形部と送り変形部とにおいて工具に対して並列に構成されていること、すなわち、回転変形部が送り駆動力の伝達経路中に存在せず、送り変形部が回転駆動力の伝達経路中には存在しないように構成されていることが好ましい。この場合には、回転変形部が送り動作に影響されにくく、また送り変形部も回転動作に影響されにくくなるので、回転方向の負荷の検出と送り方向の負荷の検出との間の独立性を高めることができ、双方の検出精度をそれぞれ向上させることが可能になるという効果を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明に係る加工装置の実施形態について詳細に説明する。図１は本実施形態の加工装置１００の全体構造を一部断面で示す概略構成図である。加工装置１００は小径ドリル等の穿孔工具１０によってワーク１１を穿孔するための装置であり、穿孔工具１０を回転軸方向（図示左右方向）に送るための送り機構系１１０と、穿孔工具１０を回転するための回転機構系１２０と、ワーク１１を保持するためのワーク支持系１３０とから構成されている。
【００２０】
送り機構系１１０においては、ベース１１１に対して回転自在に取り付けられた送りネジ１１２が送り駆動モータ１１３によって回転駆動されるようになっており、この送りネジ１１２には螺合部１１４が螺合し、この螺合部１１４に固定された送り台１１５は送りネジ１１２の回転によって回転軸方向に移動するようになっている。送り台１１５上には軸支部１１６が設けられ、この軸支部１１６にはスピンドル１１７が回転自在に支持されている。スピンドル１１７の先端には穿孔工具１０を把持するチャック１１８が取り付けられている。
【００２１】
回転機構系１２０においては回転駆動モータ１２１が設けられ、この回転駆動モータ１２１の動力は駆動ベルト１２２を介して回転駆動軸１２４に伝達されている。回転駆動軸１２４は上記送り台１１５上に固定された軸支部１２３によって回転自在に軸支されている。回転駆動軸１２４の端面には後述するスリットが設けられ、このスリットに金属板等からなる弾性変形可能な帯状片１２５の一端部が回転軸方向にスライド自在に挿入されている。すなわち、回転駆動軸１２４と帯状片１２５とは相互に回転方向には係合しているが、回転軸方向には或る程度余裕を持つように接続されている。帯状片１２５の他端部は上記スピンドル１１７の端面に設けられたスリットに対して回転軸方向にスライド自在に挿入されている。したがって、帯状片１２５とスピンドル１１７とは、上記と同様に、相互に回転方向には係合しているが、回転軸方向には或る程度余裕を持つように接続されている。ここで、帯状片１２５の両端部のうち一方を上記のようにスリットに対してスライド自在に挿入し、他方をネジ止めなどによって回転軸部材やスピンドルに対して固定してもよい。特に、スリットが回転駆動軸１２４やスピンドル１１７の端部にすり割り状（すなわちスリットの両側部が回転駆動軸１２４やスピンドル１１７の外周面に開口している形状）に形成されている場合には、上記のように帯状片の一端を固定することによってスリット内から脱落しないようにする必要がある。
【００２２】
送り台１１５上には、上記回転駆動軸１２４と帯状片１２５との接続部近傍及び帯状片１２５とスピンドル１１７との接続部近傍にそれぞれ対応する位置に支持枠１４１、１４２が設けられている。これらの支持枠１４１，１４２には、レーザーダイオード、ＬＥＤなどの発光素子１４３，１４４と、フォトダイオードなどの受光素子１４５，１４６（図示点線）がそれぞれ取り付けられている。これらの発光素子１４３，１４４から放出された光は、回転駆動軸１２４の外周面及びスピンドル１１７の外周面に設けられた反射面１２４ａ，１１７ａによって反射され、受光素子１４５，１４６に到達するようになっている。
【００２３】
一方、スピンドル１１７を回転自在に軸支するとともに、スピンドル１１７に対して回転軸方向に係合した軸受体１４７が設けられ、この軸受体１４７は、片持ち梁状に送り台１１５に固定された弾性変形可能な支持体１４８によって支持されている。支持体１４８には半導体歪センサ等からなる歪センサ１４９が取り付けられ、歪センサ１４９の出力信号によって支持体１４８における回転軸方向、すなわち送り台１１５の移動方向（以下、単に「送り方向」という。）への撓み量を検出できるように構成されている。
【００２４】
ワーク支持系１３０は、基台部１３１と、ワーク把持部１３２とを有し、ワーク把持部１３２にはワーク１１が取り付けられる。ここで、ワーク把持部１３２は基台部１３１に内蔵された図示しない回転駆動モータによって回転駆動されるように構成されている。なお、ワーク把持部１３２の位置を上下、左右、前後方向に調整可能に構成してもよい。
【００２５】
図２は、本実施形態の上記スピンドル１１７の端部近傍の検出構造を示す断面図である。スピンドル１１７における帯状片１２５との接続部近傍の外周面には、上述のように反射面１１７ａが形成され、反射面１１７ａとその他のスピンドル１１７の外周面との間にある程度の反射率の差が生ずるようになっている。発光素子１４４から放射された光、例えばレーザ光や赤外線はスピンドル１１７が回転し、反射面１１７ａがちょうど図示の位置にきた時に反射面１１７ａによって反射され、受光素子１４６にて検出される。したがって、受光素子１４６はスピンドル１１７の１回転ごとに一度光を検出するため、受光素子１４６の検出信号はスピンドル１１７の回転周期と同期した周期信号となる。ここで、小径ドリルの場合には後述するように回転速度が大きいため、スピンドル１回転ごとの回転位相の検出であっても、送り動作を制御するには充分短い検出間隔を得ることができる。
【００２６】
上記回転駆動軸１２４に設けられた反射面１２４ａと、支持枠１４１に取り付けられた発光素子１４３及び受光素子１４５との関係についても上記と全く同様であり、受光素子１４５にて回転駆動軸１２４の１回転ごとに光が検出され、受講素子１４５の検出信号は回転駆動軸１２４の回転周期と同期した周期信号となる。
【００２７】
図３は、上記回転駆動軸１２４及びスピンドル１１７と、帯状片１２５との接続構造を示す縦断面図（ａ）及び横断面図（ｂ）である。回転駆動軸１２４の端面には矩形断面を備えたスリット（凹穴）１２４ｂが形成されており、このスリット１２４ｂに帯状片１２５の端部１２５ａが出し入れ自在に挿入されている。このとき、帯状片１２５の端部１２５ａはスリット１２４ｂの最奥部から離れた浅い位置に配置されており、帯状片１２５の端部１２５ａが回転駆動軸１２４のスリット１２４ｂに対して回転軸方向、すなわち本実施形態の場合には送り方向に移動（摺動）できるように、帯状片１２４と回転駆動軸１２４とが接続されている。
【００２８】
また、スピンドル１１７の端面にも矩形断面を備えたスリット（凹穴）１１７ｂが形成されており、このスリット１１７ｂに帯状片１２５の端部１２５ｂが挿入されている。また、この接続構造は、回転駆動軸１２４の端部に形成されたスリット１２４ｂ及びこのスリット１２４ｂに挿入された帯状片１２５の端部１２５ａと全く同様である。
【００２９】
帯状片１２５は金属、例えばステンレス鋼、各種工具鋼その他の比較的剛性が高く、弾性降伏点の高い素材によって形成された板状体である。帯状片１２５は穿孔工具１０がワーク１１に対して加工を施す際に受ける負荷トルクによって捩り応力を受け、捩り変形するようになっている。帯状片１２５は、丸棒や角棒などよりも負荷トルクに対する捩り変形量が大きいので、負荷トルクを高感度に検出することが可能になる。また、上記のように帯状片１２５の端部１２５ａをそのままスリットに挿入するだけで、回転伝達経路途中において回転方向に接続させることができ、しかもこの接続構造を回転軸方向（送り方向）にスライド自在に構成することができるので、接続構造を簡易且つ安価に構成できる。
【００３０】
帯状片１２５の有効長さ（実質的に捩り変形可能な部分の長さ）をＬとし、帯状片１２５の捩り剛性係数をＫとし、帯状片１２５の横弾性係数をＧとし、帯状片１２５に加わる負荷トルクをＴとすると、帯状片１２５の捩れによって生ずるスピンドル１１７と回転駆動軸１２４との角度差θ（すなわち回転運動の位相差）は、
θ＝Ｋ・Ｌ・Ｔ／Ｇ          （１）
で表される。一方、その角度差θは工具の角速度ωと、受光素子１４５と１４６における光の検出時点ｔ１４５とｔ１４６の差（時間差）との積、すなわち、
θ＝ω（ｔ１４５−ｔ１４６）          （２）
で表される。
【００３１】
したがって、上記式（１）及び（２）から導かれる式、
Ｔ＝ω（ｔ１４５−ｔ１４６）・Ｇ／（Ｋ・Ｌ）          （３）
に基づき、受光素子１４５と１４５の検出信号の時間差を測定することによって、負荷トルクＴ、すなわちラジアル方向の負荷を求めることができる。なお、負荷トルクＴと時間差（ｔ１４５−ｔ１４６）との関係を予め実験によって求めたり、上記関係を実験値によって適宜に更正したりしてデータとして保存し、それらの保存データに基づいて負荷トルクＴを求めても構わない。
【００３２】
図４には、上述のスピンドル１１７と軸受体１４７との軸支部分を拡大して示す。スピンドル１１７は軸受体１４７によって回転自在に軸支されているとともに、工具１０がワーク１１からスラスト方向（すなわち、上記の回転軸方向）の応力を受けたとき、軸受体１４７はスピンドル１１７のスラスト方向の変位に追随するように構成されている。具体的には、軸受体１４７は、スピンドル１１７に対してスラスト方向にはほぼ固定されている。
【００３３】
軸受体１４７は、スラスト方向に弾性変形可能な支持体１４８によって送り台１１５上に片持ち梁状に支持されている。支持体１４８の側面には歪センサ１４９が貼着されている。ここで、スピンドル１１７から支持体１４８がスラスト方向に曲げモーメントを受けて撓むと、歪センサ１４９が歪んで、その歪み量に相関する電圧値Ｖを出力する。本実施形態では、軸受体１４７に加わる送り抵抗（スラスト方向負荷）Ｔｈと、電圧値Ｖとの関係を予め実験によって求めたり、実験値によって適宜の計算式を更正したりしてデータとして保存し、それらの保存データに基づいて、電圧値Ｖから送り抵抗Ｔｈ（スラスト方向負荷、或いは、送り負荷）を求めるようになっている。
【００３４】
上記のようにして求めたラジアル方向負荷、すなわち負荷トルクと、スラスト方向負荷、すなわち送り抵抗とを検出しながら、直径０．１ｍｍの工具鋼製のツイストドリルを穿孔工具１０として用い、快削黄銅をワーク１１として用い、ドリルが折損するまで加工実験を繰り返した結果を図５に示す。図中白丸は静的負荷を加えたときのドリル折損時点におけるラジアル方向負荷及びスラスト方向負荷を示し、図中黒丸は動的負荷、すなわち、実際に工具１０を所定の回転速度（毎分１２００回転）及び送り速度（工具１回転当り４μｍ）で駆動し、ワーク１１を所定の回転速度（毎分１０００回転）で回転させて加工を行った場合のドリル折損時点におけるラジアル方向負荷及びスラスト方向負荷を示す。このグラフから判るように、一般に静的負荷よりも動的負荷を受けた場合の方が工具折損は生じやすく、また、ラジアル方向負荷とスラスト方向負荷の双方を受けると、個々の負荷が小さくても折損しやすくなる。したがって、ドリルの折損限界は、両方向の負荷を共に変数とする或る関数によって表されることとなる。図中の点線は静的負荷を受けた場合の工具破損時のデータ点（負荷データ）に基づいて最小二乗法で求めた負荷の値を示す直線Ａであり、図中の実線は動的負荷を受けた場合の工具破損時の点に基づいて最小二乗法で求めた負荷の値を示す直線Ｂである。
【００３５】
本実施形態では、上記直線Ｂを基準として、この直線Ｂよりも所定の安全率を盛り込み、所定割合だけラジアル方向負荷及びスラスト方向負荷を割り引いて直線を求め、これを限界負荷直線Ｃとして、種々のワーク１１に対して工具１０による加工実験を行った。その結果を図６及び図７に示す。加工時の工具１０の回転速度及び送り速度並びにワーク１１の回転速度は図５の動的負荷データの場合と同様である。
【００３６】
図６は、直径０．３ｍｍのツイストドリルでワークの種類や加工条件を変化させた場合の加工時の負荷データである。図中白丸はワーク１１としてステンレス鋼を用いた場合、図中黒丸はワーク１１として快削黄銅を用いた場合、図中×印は穿孔深さが穿孔径に比べて極めて大きい場合、或いは、オイル供給なしで加工を行った場合のデータである。このように負荷データの分布はワーク１１の材質や加工条件によって異なるが、いずれの場合も、加工当初はラジアル方向の負荷及びスラスト方向の負荷の双方が小さい値であるが、負荷値の増減を繰り返しながら徐々に両負荷ともに大きくなり、やがて限界負荷直線Ｃを越えるようになる。限界負荷直線Ｃを越えてしばらく時間が経過すると、限界負荷直線Ｃを越えている時間が長くなり、最終的に工具の破損が発生する。この場合、限界負荷直線Ｃは、直線Ｂに対して通常の負荷データの変動範囲を考慮して設定され、例えば、限界負荷直線Ｃを超えない負荷データが得られた直後に直線Ｂを越える負荷データが生ずる可能性が十分低くなるように設定される。
【００３７】
本実施形態の場合、図９に示すように、加工装置１００にはＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などからなる制御装置１５０が設けられ、この制御装置１５０は、上記受光素子１４５，１４６及び上記歪センサ１４９からの検出信号を受け、その検出信号の値に応じて上記のラジアル方向負荷及びスラスト方向負荷を求め、その負荷値に応じて上記の送り駆動モータ１１３を駆動制御するように構成されている。この場合に、負荷値に応じた制御態様として、上記送り駆動モータ１１３に加えて回転駆動モータ１２１の回転量を制御するようにしてもよい。例えば、送り駆動モータ１１３による送り動作を中断し、若しくは、逆方向に送る際には、回転駆動モータ１２１の回転量を低下させたり、或いは、回転方向を逆転させたりすることができる。
【００３８】
上記制御装置１５０は、ワーク１１に工具１０が近接するまで図８に示す高速送りモードＨで工具１０を送り、その後、低速送りモードＩでワーク１１に対して接触し加工を行いながら送り続ける。この低速送りモードＩは、図７に示す図中白丸で示す負荷限界直線Ｃを越えない負荷データが得られている間は継続される。その後、図７中の黒丸で示す負荷限界直線Ｃを超えた負荷データが得られた時点で、工具１０の送り動作を中断し、高速戻しモードＪで工具１０をワーク１１内から脱出するまで引き戻す。さらにその後、再び高速送りモードＨでワーク１１内に入るように送り、先ほど加工した最先端位置（加工穴の最深部）よりも少し手前で低速送りモードＩに移行し、加工を再開する。以後、上記と同様の送り動作の中断、戻り、再加工の繰り返し動作を、負荷限界直線Ｃを超えた負荷データが発生する都度同様に実施して、断続的な加工を行っていく。
【００３９】
最終的に目的の穿孔深さが得られると送り動作は停止され、高速戻しモードＪで工具１０はワーク１１から離反される。また、目的の穿孔深さが得られない時点でも、異常な状況が生じた場合、すなわち、工具１０の寿命が尽きたと考えられる場合、及び、加工状態に異常が発生したと考えられる場合には、加工を終了して、高速戻しモードＪでワーク１１から工具１０を離反させる。
【００４０】
上記の工具１０の寿命が尽きたと考えられる場合とは、上記のように負荷限界直線Ｃを越える負荷データが得られたときになされる加工の中断が頻繁になり、加工がほとんど進まなくなった場合である。また、加工状態に異常が発生したと考えられる場合とは、穿孔時に工具に切りくずなどが絡み、切りくずが排出されない状態が何らかの理由で解消されず、良好な加工ができなくなった場合である。いずれの場合にも、そのまま加工を継続しても加工が進まないか、或いは、工具が破損する可能性がきわめて高いため、加工を終了させるのである。
【００４１】
上記の異常な状況が生じた場合の加工終了の判定方法は、例えば、所定時間当りに加工の中断が所定回数以上発生したか否かによって行う。判定に用いる加工の中断頻度は実験データに基づいて決定する。ここで、負荷データが上記直線Ｂを越えたか否かによっても加工終了の判定を行うようにすることが好ましい。実際に、加工状態に異常がないのに加工の中断が頻繁に発生し、加工が進まなくなった場合には、工具１０を観察するとその刃先が明らかに磨耗している。
【００４２】
なお、本発明の加工装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、回転負荷と送り負荷とを変数とする連続的な解を有する１次の線形関数、すなわち回転負荷と送り負荷のグラフ上にて直線で表される負荷限界値を用いているが、同様に連続的な解を有し、同グラフ上にて曲線で表される種々の負荷限界値を用いても構わない。
【００４３】
なお、上記実施形態においては、加工装置の回転軸方向と送り方向とが一致するように構成されているが、送り方向が回転軸方向と異なる場合にも本発明を同様に適用することができる。また、上記実施形態では、工具やスピンドルに対して回転変形部である帯状片と送り変形部である支持体とが並列に構成されているので、回転駆動力が送り変形部（支持体）を経て伝達されたり、送り駆動力が回転変形部（帯状片）を経て伝達されたりすることがないため、回転方向の負荷トルク（ラジアル方向負荷）の検出と、送り方向の負荷或いは送り抵抗（スラスト方向負荷）の検出との相互間の影響を低減し、それぞれの検出精度を高めることが可能になっている。
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、回転変形部と送り変形部の機械的変形によって回転負荷と送り負荷とを精度良く検出できるとともに、回転負荷と送り負荷とを変数とする負荷限界値を基準として送り動作を中断することによって両負荷が複合して生ずる工具の破損を的確に予測できるために、工具の折損を確実に防止でき、信頼性が高く、しかも効率的な加工を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加工装置の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における負荷トルクを検出するための検出系の原理を示す概略説明図である。
【図３】同実施形態における帯状片の取付状態を示す縦断面図（ａ）及び横断面図（ｂ）である。
【図４】同実施形態におけるスラスト方向の負荷を検出するための検出系の構造を示す縦断面図である。
【図５】ラジアル方向及びスラスト方向の静的負荷及び動的負荷に対する工具の破損強度を示すグラフである。
【図６】ワークの素材及び加工条件毎に負荷データを示すグラフである。
【図７】負荷限界直線Ｃに基づいて制御された負荷データを示すグラフである。
【図８】同実施形態における送り動作を示す説明図である。
【図９】同実施形態の制御系の構成を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
１００  加工装置
１１０  送り機構系
１１１  ベース
１１２  送りネジ
１１３  送り駆動モータ
１１４  螺合部
１１５  送り台
１１６  軸支部
１１７  スピンドル
１１７ａ，１２４ａ  反射面
１１７ｂ，１２４ｂ  スリット
１１８  チャック
１２０  回転駆動系
１２１  回転駆動モータ
１２２  駆動ベルト
１２３  軸支部
１２４  回転駆動軸
１２５  帯状片
１４３，１４４  発光素子
１４５，１４６  受光素子
１４９  歪センサ
１５０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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