(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具によりワークを加工するワークの加工方法において、
導電性の前記ワークを大地から絶縁しておき、
前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧が前記ワークに印加されたときに前記工具の先端が前記ワークに当接したと判定する
ことを特徴とするワークの加工方法。
【請求項２】
モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具によりワークを加工する場合の工具折損検出方法において、
導電性の前記ワークを大地から絶縁しておき、
前記工具を前記ワークに予め定める距離切り込ませた時に前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧が前記ワークに印加されない場合は、前記工具が折れていると判定する
ことを特徴とする工具の折損検出方法。
【請求項３】
大地に接続されたプレッシャフットによりワークを押さえ、
モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具により前記ワークを加工する加工装置において、
導電材で形成した接触子と、電圧測定手段とを設け、
前記接触子を、前記プレッシャフットから絶縁して、前記プレッシャフットの先端部に配置すると共に、前記ワークを大地から絶縁し、
前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧を、加工時に前記ワークの表面に当接する前記接触子を介して測定する
ことを特徴とする加工装置。
【請求項４】
フィルタを設け、予め定める周波数の前記ロータシャフトに誘起される電圧を検出することを特徴とする請求項３に記載の加工装置。
【請求項５】
予め定める前記周波数が前記ロータシャフトの回転数を制御するインバータの制御周波数のＮ倍（ただし、Ｎは正の整数）である
ことを特徴とする請求項４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、工具を対地抵抗が高い回転自在のロータシャフトに保持させてワークを加工するようにしたワークの加工方法および工具の折損検出方法並びに加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来のプリント基板穴明機における加工部の正面図である。クロススライド１は図示を省略する移動手段により、図の左右（Ｙ）方向に移動自在に支持されている。クロススライド１には１対の直線案内装置２が固定されている。サドル３は直線案内装置２に支持され、図示を省略する移動手段により、図の上下（Ｚ）方向に移動自在である。サドル３の中央部には、ホルダ４が固定され、ホルダ４にはスピンドル５が固定されている。
【０００３】
ロータシャフト６は空気ラジアル軸受７ａ〜７ｃによりスピンドル５に回転自在に支持されると共に、空気スラスト軸受８により軸方向に位置決めされて支持されている。ロータシャフト６には、銅材を端絡環状形成したロータ（回転子）９が配置されている。スピンドル５のロータ９に対向する位置には、コイル（固定子）１０が配置されている。コイル１０はインバータ電源１１に接続されている。インバータ電源１１は、三相電源１２から入力される商用交流電圧を周波数の高い交流電圧に変換する。ロータシャフト６の先端には、ドリル１４が保持されている。
【０００４】
スピンドル５の先端には、プレッシャフット２０が嵌合している。プレッシャフット２０は１対のエアシリンダ２１に支持されている。エアシリンダ２１はホルダ４に支持されている。サドル３に支持されたデジタル式スケール２２の計測端子２２ａの一端がプレッシャフット２０に固定され、プレッシャフット２０とホルダ４の相対位置を計測する。デジタル式スケール２２はＮＣ装置２３に接続されている。プレッシャフット２０の先端にはブッシュ２４が固定されている。テーブル３０にはプリント基板３１が固定されている。テーブル２４は紙面に垂直な方向（Ｘ方向）に移動自在である。
【０００５】
そして、プリント基板３１の表面からの深さがＨのブラインドホール（以下、底付き穴という。）を、以下の手順で加工する。すなわち、加工に先立ち、エアシリンダ２１を動作させ、ピストンロッド２１ａを最も突き出した状態で、ブッシュ２４の下端からドリル１４の先端までの距離Ａを求めておく。インバータ電源１１を動作させ、コイル１０に電流を流すと、コイル１０に発生する磁界によりロータ９に回転トルクが発生し、ロータシャフト６が回転する。
【０００６】
この状態でサドル３すなわちホルダ４を下降させると、先ず、ブッシュ２４の下端がプリント基板３１に当接し、プリント基板３１をテーブル３０に押しつける。プレッシャフット２０は押しつけた状態で下降を停止し、以後は空気圧に抗してホルダ４に対して相対的に上昇する。ＮＣ装置２３は計測端子２２ａが移動を開始したときのＺ軸座標Ｚ０を読み取り、ホルダ４を座標Ｚ０からＡ＋Ｈだけ下降させる。この結果、精度に優れる加工をすることができた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
１枚のプリント基板には、底付き穴だけでなく貫通穴も加工する。上記従来技術の場合、穴の深さを精密に管理する必要がない貫通穴を加工する場合も計測端子が上下に移動するため、摺動によりスケール部が摩耗する。そこで、デジタル式スケールの精度を頻繁に点検すると共に、定期的に部品交換をして計測精度の低下を予防する必要があった。
【０００８】
また、ドリル先端の高さをプレッシャフットを介して計測するため、穴の深さ精度に限界があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、保守点検が容易で、穴の深さ精度に優れるワークの加工方法および工具の折損検出方法並びに加工装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具によりワークを加工するワークの加工方法において、導電性の前記ワークを大地から絶縁しておき、前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧が前記ワークに印加されたときに前記工具の先端が前記ワークに当接したと判定する。
【００１１】
また、モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具によりワークを加工する場合の工具折損検出方法において、導電性の前記ワークを大地から絶縁しておき、前記工具を前記ワークに予め定める距離切り込ませた時に前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧が前記ワークに印加されない場合は、前記工具が折れていると判定する。
【００１２】
また、大地に接続されたプレッシャフットによりワークを押さえ、モータを構成する回転子をロータシャフトに配置すると共にこのロータシャフトを空気軸受けで支持させ、前記モータを構成する固定子に交流電流を供給することにより前記ロータシャフトを回転させ、前記ロータシャフトに保持させた工具により前記ワークを加工する加工装置において、導電材で形成した接触子と、電圧測定手段とを設け、前記接触子を、前記プレッシャフットから絶縁して、前記プレッシャフットの先端部に配置すると共に、前記ワークを大地から絶縁し、前記固定子に供給された交流電流によって前記ロータシャフトに誘起される電圧を、加工時に前記ワークの表面に当接する前記接触子を介して測定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明に係るプリント基板穴明機における加工部の正面図であり、図５と同じものまたは同一機の鵜野ものは同一の符号を付して説明を省略する。プレッシャフット２０の下端には、絶縁材料で形成されたブッシュホルダ４０を介して、導電材料で形成されたブッシュ４１が固定されている。ブッシュ４１はケーブル４２を介してフィルタ（ここではバンドパスフィルタ）４３の入力端子４３ａに接続されている。フィルタ４３の出力端子４３ｂは比較器４４の入力端子４４ａに接続され、接地端子４３ｅは大地に接続されている。比較器４４の出力端子４４ｂはＮＣ装置２３に接続されている。
【００１４】
プリント基板３１は銅箔３１ｃが表面側になるようにしてテーブル３０に固定されている。銅箔３１ｃは絶縁層３１ｉにより、テーブル３０から絶縁されている。そして、ホルダ４、プレッシャフット２０およびテーブル３０は接地されている。
【００１５】
次に、軸電圧について説明する。
ロータシャフト６は空気ラジアル軸受７ａ〜７ｄおよび空気スラスト軸受８により支持され、スピンドル５には接触していない。すなわち、ロータシャフト６とスピンドル５とは電気的に略絶縁されている。そして、三相電源１２あるいはインバータ電源１１の図示を省略するスイッチがオンされると、コイル１０を介してロータシャフト６には軸電圧Ｖ０が発生する。
【００１６】
図２（ａ）は、三相電源１２の周波数が５０Ｈｚの場合における、ロータシャフト６に発生する軸電圧Ｖ０の波形を摸式的に示す図である。軸電圧Ｖ０は、同図（ｂ）に示す三相電源１２の周波数すなわち５０Ｈｚの電圧Ｖｓに、インバータ電源１１の制御周波数である図示を省略する１ｋＨｚの電圧Ｖｉ１および同図（ｃ）に示すインバータ電源１１の制御周波数の３倍の周波数である３ｋＨｚの電圧Ｖｉ２の波形等を重畳した波形に略等しい。
【００１７】
次に、本発明の動作を説明する。
加工に先立ち、エアシリンダ２１を動作させ、ピストンロッド２１ａを最も突き出した状態にしておく。インバータ電源１１を動作させ、コイル１０に電流を流し、ロータシャフト６を回転させた状態でホルダ４を下降させる。
【００１８】
すると、先ず、ブッシュ４１が銅箔３１ｃに当接し、プリント基板３１をテーブル３０に押しつけ、その状態で下降を停止する。ホルダ４がさらに下降して、ドリル１４の先端が銅箔３１ｃに当接すると、ロータシャフト６に発生する軸電圧Ｖ０がフィルタ４３に入力される。フィルタ４３は軸電圧Ｖ０のうち、電圧Ｖｉ１（またはＶｉ２）を比較器４４に出力する。比較器４４は、正弦波電圧Ｖｉ１（またはＶｉ２）が予め定める電圧を超えると、ＮＣ装置２３に検出信号を出力する。ＮＣ装置２３は、比較器４４から検出信号を受け取ると、そのときのＺ軸座標Ｚ１を読み取り、ホルダ４を座標Ｚ１からＨだけ下降させる。
【００１９】
次に、この実施の形態を具体的な数値で説明する。
三相電源１２の電圧周波数を５０Ｈｚ、インバータ電源１１の電圧制御周波数を１ｋＨｚとすると、軸電圧Ｖ０の振幅は１Ｖ前後であった。また、電圧Ｖｉ１と電圧Ｖｉ２の測定値を比較すると、Ｖｉ２≧Ｖｉ１であり、Ｖｉ２の振幅は３００ｍＶ前後であった。
【００２０】
そこで、フィルタ４３により電圧Ｖｉ２を取出し、比較器４４の比較電圧を＋１００ｍＶとした。この場合、電圧Ｖｉ２の最大値を１５０ｍＶとすると、ドリル１４の先端が銅箔３１ｃに当接した後、比較器４４から検出信号が出力されるまでに要する時間の最大値Ｔは、略０．２５ｍｓになる。
【００２１】
一方、ホルダ４を３ｍ／分で下降させるとすると、０．２５ｍｓ間にドリル１４が下降する距離は１２．５μｍである。
【００２２】
したがって、この実施の形態の場合、穴深さの加工公差を１５μｍ以内にすることができた。
【００２３】
このように、この実施の形態によれば、従来のロータシャフトあるいはスピンドルをそのまま使用することができ、しかも、ドリルを検出するための特別な電圧源を用意する必要がないから、構造を簡単にすることができる。また、従来から使用されている装置に簡単な改造を施すだけで、本発明を適用することができる。
【００２４】
なお、この実施の形態では、フィルタ４３により電圧Ｖｉ２を取り出すようにしたが、電圧Ｖｉ１あるいは電圧Ｖｓを取り出すようにしてもよい。
また、ドリル１４の径に応じてロータシャフト６の回転数を変える、すなわちインバータ電源１１の制御周波数を変える場合には、フィルタ４３を複数用意しておき、インバータ電源１１の制御周波数をフィードバックしてフィルタ４３を変更するようにしてもよい。
【００２５】
図３は、本発明に係る他のプリント基板穴明機の加工部正面図であり、図１と同じものは同一の符号を付して説明を省略する。コイル５０は、コイル１０と並列に巻かれ、発振器５１が接続されている。発振器５１はインバータ電源１１の制御周波数の１５倍の周波数の電圧を発振する。なお、動作は上記の場合と実質的に同一であるから、説明を省略する。
【００２６】
この実施の形態では、軸電圧Ｖ０にはコイル５０に基づく電圧も付加される。そこで、フィルタ４３により発振器５１の周波数に等しい電圧成分を取り出すようにすると、ドリル１４と銅箔３１ｃの接触をさらに短時間で検出することができる。すなわち、発振器５１の周波数は正弦波電圧Ｖｉ２の周波数の５倍であるから、穴深さの加工公差を１２．５／５μｍ、すなわち３μｍ以内にすることができる。
【００２７】
また、ロータシャフト６の回転数、すなわちインバータ電源１１の制御周波数に関係なく、フィルタを１種類にすることができると共に、検出精度を安定化することができる。
【００２８】
図４は、本発明に係るさらに他のプリント基板穴明機の加工部正面図であり、図１と同じものは同一の符号を付して説明を省略する。
ロータシャフト６の後端側にロータ６０を設け、スピンドル５のロータ６０に対向する位置に、コイル５０を配置している。なお、動作は上記の場合と実質的に同一であるから、説明を省略する。
【００２９】
この実施の形態では、コイル１０とコイル５０を別に配置するから、上記コイル１０とコイル５０を並列に巻く場合に比べてコイルの外径を小さくすることができる。
【００３０】
なお、上記では、ドリル先端がプリント基板の表面に接触する位置を検出することについて説明したが、例えば、ドリル先端のプリント基板表面からの高さがある範囲に入るように予め定めておき、ホルダを下降させてから予め定める時間内に軸電圧を検出できないときには、ドリルが折損していると判定することもできる。
【００３１】
また、上記ではワークを絶縁層を含むプリント基板としたが、ワークを絶縁材を介してテーブルに載置するようにすれば、本発明により、導電性の材料を加工することができる。
【００３２】
また、工具としてドリルに限らず、エンドミル等を使用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドリル先端とプリント基板表面の接触を直接検出するので、底付き穴の深さ精度を向上することができる。また、摺動部がないから、保守点検をほとんど必要としない。
また、ブッシュ４１が摩耗により薄くなった場合、あるいはドリルの刃先が摩耗した場合でも、加工精度が低下することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプリント基板穴明機における加工部の正面図である。
【図２】ロータシャフトに発生する軸電圧の波形を摸式的に示す図である。
【図３】本発明に係る他のプリント基板穴明機における加工部の正面図である。
【図４】本発明に係る他のプリント基板穴明機における加工部の正面図である。
【図５】従来のプリント基板穴明機における加工部の正面図である。
【符号の説明】
６  ロータシャフト
１４  ドリル
２０  プレッシャフット
３１  プリント基板
３１ｃ  銅箔
４０  ブッシュホルダ
４１  ブッシュ
４３  フィルタ
４４  比較器
【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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