JP2008119795A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具の損傷を検出可能な加工装置を提供する
【解決手段】加工装置１は、工具３０を保持し、工具３０により被加工物を加工するスピンドル１０と、スピンドル１０を、被加工物との距離が変化する加工方向に往復可能に支持するスライドテーブル２０と、スライドテーブル２０を支持するＺテーブル４０と、Ｚテーブル４０に支持され、工具３０の状態を検出する検出装置を保持する検出装置保持部材５０とを備えている。検出装置は、加工方向に交差する検出方向に半導体レーザを照射する投光部と、半導体レーザを受ける受光部とを含んでいる。さらに、検出装置は、スピンドル１０に工具３０が損傷の無い状態で保持されている場合には、半導体レーザの行路が、工具３０と交差するように構成されており、受光部において受ける半導体レーザにより、工具３０の状態を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工装置に関し、より特定的には、被加工物を加工するための工具の損傷を検出可能な加工装置に関するものである。

近年、電化製品や情報通信機器などの高性能化、小型化に伴い、これらに使用される部品や当該部品の金型の小型化、高精度化が進んでいる。これに伴い、精密な加工が可能な小型の工具、たとえば先端の細いドリルなどの回転工具（小径工具）が上記部品や金型などの加工に採用される場合が多くなっている。

より具体的には、たとえばＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）の製造工程において、ガラス基板の表面に配置される隔壁（リブ）の一部が欠損する欠陥が発生する場合がある。このような欠陥の修正においては、欠損部にペーストが塗布され、余分なペースト（所望の領域からはみ出したペースト）が上記回転工具により除去される方法が採用される場合がある。そして、近年のＰＤＰの高精細化に伴い、リブで囲まれたセルのスペースは小さくなっているため、当該方法には先端が細く、かつ短い小径工具が使用される。

ここで、上述のような用途に使用される回転工具に折損、部分的な欠損、摩耗などの損傷が発生した場合、加工ができなくなったり、加工される部品に不具合が発生したりするおそれがある。そのため、回転工具に損傷が発生していないことが確認されつつ、加工が実施される必要がある。しかし、上述のように回転工具に小径工具が採用された場合、肉眼での損傷の確認は困難であり、これを解決する手段が求められる。

これに対し、工具を保持するための工具装着装置において、工具の正常な装着を光学的に確認する検出手段を備えた加工装置が提案されている。これにより、工具の装着に異常があった場合、これを検出することができる。また、工具装着装置の位置まで工具を移動させることにより、工具の損傷を検出することができる（たとえば特許文献１参照）。
特開昭６２−９４２１０号公報

一般に、加工装置は、被加工物の所望の位置を加工可能とするため、互いに直交する方向であるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に工具を移動させるＸテーブル、ＹテーブルおよびＺテーブルを備えている。そして、上記特許文献１の加工装置を含め、従来の加工装置の構成では、加工後に工具の損傷を検出するためには、Ｘテーブル、ＹテーブルおよびＺテーブルを動作させ、工具を工具装着装置あるいは工具の損傷を検出する検出装置の位置（損傷検出位置）に移動させる必要がある。そのため、１箇所の加工が完了する毎に工具の損傷を検出しようとすると、その都度Ｘテーブル、ＹテーブルおよびＺテーブルを動作させて工具を所定の損傷検出位置に移動させることになるため、加工の能率が大幅に低下する。これを回避するため、通常、同一の工具を使用した加工が終了し、工具が交換される際にのみ工具の損傷が検出されるという工程が採用される。しかしながら、この場合、加工中に工具が損傷した場合でも、当該工具を使用した加工が終了するまでは、工具の損傷は検出されない。そのため、早い段階で工具が破損した場合、長時間加工が行なわれなかったり、被加工物に多くの不具合が発生したりするおそれがある。

そこで、本発明の目的は、加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具の損傷を検出可能な加工装置を提供することである。

本発明に従った加工装置は、被加工物を加工する工具を保持し、当該工具により被加工物を加工する加工部材と、加工部材を、被加工物との距離が変化する方向である加工方向に往復可能に支持する第１支持部材と、第１支持部材を支持する第２支持部材と、第２支持部材に支持され、工具の状態を検出する検出装置を保持する検出装置保持部材とを備えている。検出装置は、加工方向に交差する方向である検出方向に光を照射する投光部と、投光部に対向するように配置され、当該光を受ける受光部とを含んでいる。そして、検出装置は、加工部材に工具が損傷の無い状態で保持されている場合には、光の行路が、工具と交差するように構成されており、受光部において受ける光により、工具の状態を検出する。

本発明の加工装置によれば、工具を保持する加工部材が第１支持部材を介して第２支持部材に支持されているとともに、検出装置を保持する検出装置保持部材も第２支持部材に支持されている。したがって、第２支持部材自体が、加工方向に対して交差する方向に移動可能なテーブルに保持され、被加工物を加工するために移動した場合でも、加工部材と検出装置とが一体として移動する。そのため、たとえば被加工物の１箇所の加工が完了する毎に、第２保持部材および第２保持部材を保持するテーブルを動作させることなく、第１保持部材を動作させて検出装置の光の行路と工具とが交差する位置（検出位置）に加工部材を移動させることにより、直ちに工具の損傷を検出することができる。その結果、加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具の損傷を検出することができる。

ここで、工具の損傷とは、工具が折れた状態である折損、工具の一部が欠けた状態である欠損などを含む概念である。そして、工具の状態とは、当該工具の損傷の有無をいう。また、検出装置の投光部から照射される光は、その波長に制限はなく、赤外線、紫外線、可視光線のいずれであってもよいが、工具の損傷の検出精度を向上させるためには、指向性や収束性の高いレーザ光であることが好ましい。レーザ光は、たとえば半導体レーザ装置により発生させることができる。

また、検出装置による工具の状態の検出は、たとえば受光部において受光される光の量（受光量）により行なわれる。すなわち、工具に損傷が発生した場合、損傷が無い場合に比べて受光部での受光量が増加する。受光部において、この受光量の増加を感知し、損傷の発生を検出することができる。

さらに、加工部材が検出位置にある状態において、検出装置の光の行路と工具とは、工具の先端（工具において被加工物に最も近い部分）を含む領域において交差していることが好ましい。これにより、損傷の発生しやすい工具の先端の損傷を、有効に検出することが可能となる。

上記加工装置において好ましくは、受光部の投光部側の前方には、投光部からの光が通過する絞り孔を有する絞り部材が配置される。そして、絞り孔の直径（孔径）は、加工方向に垂直な断面における工具の直径である工具径の７倍以下である。

この絞り孔の孔径は、検出装置による工具の損傷の検出感度に大きな影響を与える。すなわち、上記孔径が工具径に対して７倍を超えると、たとえば工具の損傷の有無による受光量の変化が、工具に損傷が無い場合のそれに対して相対的に小さくなる。これに対し、上記孔径を工具径の７倍以下とすることにより、実用上十分な検出感度を得ることができる。また、受光部側の絞り孔の孔径が投光部からの光のスポット径よりも小径とされることにより、投光部に対する受光部の芯合わせが容易となる。

ここで、加工方向に垂直な面における工具の断面が円形でない場合、上記工具径とは、当該断面に外接する円の直径を意味する。また、工具径が工具の部位によって異なる場合、上記工具径は、投光部から投射された光の行路と交差する工具の部位における最大値を意味する。

上記加工装置において好ましくは、第１支持部材は、第２支持部材が被加工物に接近することにより、工具が被加工物に接触可能な位置である加工位置に加工部材を保持する状態と、工具が被加工物に接触しない位置である退避位置に加工部材を保持する状態とを、加工方向に加工部材を移動させることによって選択可能に構成されている。

これにより、被加工物の加工を実施する場合には、第１支持部材により加工部材を加工位置に保持し、第２支持部材を被加工物に接近させることにより工具による被加工物の加工を行なうことができる。一方、被加工物の加工を実施しない場合には、第１支持部材により加工部材を退避位置に保持することができる。退避位置に加工部材を保持することにより、加工以外の目的、たとえば被加工物の形状を測定する目的で第２支持部材を動作させた場合に、工具を被加工物の突起部などの、工具の可動範囲内にある物体に誤って接触させ、損傷させることを回避することができる。なお、退避位置は、被加工物だけでなく、工具の可動範囲に配置されているどの物体とも工具が接触しない位置とされることが好ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明の加工装置によれば、加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具の損傷を検出可能な加工装置を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。

まず、本発明の一実施の形態における加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施の形態における加工装置の構成を示す一部断面を含む概略側面図である。また、図２は、本発明の一実施の形態における加工装置の構成を示す概略正面図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態における加工装置１は、被加工物を加工する工具３０を保持する加工部材としてのスピンドル１０と、スピンドル１０を保持するスピンドル保持部材７０と、スピンドル保持部材７０により保持されたスピンドル１０を支持する第１支持部材としてのスライドテーブル２０と、スライドテーブル２０を支持する第２支持部材としてのＺテーブル４０と、Ｚテーブル４０に支持され、工具３０の状態を検出する検出装置６０を保持する検出装置保持部材５０とを備えている。

スピンドル１０は、工具３０を保持するコレットチャックなどのチャック部材を有する工具保持部１１と、工具保持部１１に保持された工具３０を軸α周りに回転させる駆動部としてのモータ１２とを含んでいる。スライドテーブル２０は、スピンドル保持部材７０に接続されたスライド部２２と、スライド部２２を軸αに沿った方向であり、図示しない被加工物との距離が変化する方向である加工方向に駆動するスライドテーブル駆動部材としてのエアシリンダを有する固定部２１とを含んでいる。すなわち、固定部２１によりスライド部２２を加工方向に往復させることで、スピンドル保持部材７０に保持されたスピンドル１０を軸αに沿った方向である加工方向に往復させることができる。

さらに、検出装置保持部材５０は、固定部５１と、固定部５１により保持され、検出装置６０を保持する検出装置保持部５２とを含んでいる。検出装置６０は、軸αに直交する方向である検出方向に光（半導体レーザ６９）を照射する投光部６１と、工具３０を挟み、かつスピンドル１０の外径よりも大きい間隔を隔てて投光部６１に対向するように配置され、半導体レーザ６９を受ける受光部６２とを含んでいる。そして、スピンドル１０に工具３０が損傷の無い状態で保持されている場合には、半導体レーザ６９の行路が工具３０と交差しており、受光部６２においてうける半導体レーザ６９の受光量により、工具３０の状態が検出可能となっている。

そして、Ｚテーブル４０は、スライドテーブル２０と、検出装置保持部材５０とを支持しており、軸αに沿った方向である加工方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。さらに、Ｚテーブル４０は、Ｚテーブル４０をＺ方向に直交する方向であるＸ方向に移動可能に保持するＸテーブル（図示しない）と、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向であるＹ方向に保持するＹテーブル（図示しない）とにより保持されている。これにより、Ｘテーブル、ＹテーブルおよびＺテーブル４０のうち少なくとも１つが移動可能な方向に移動した場合、スピンドル１０と、検出装置６０とは、相対的位置関係を保持した状態で、一体として移動する。

すなわち、加工装置１は、図示しない被加工物を加工する工具３０を保持し、工具３０により被加工物を加工する加工部材としてのスピンドル１０と、スピンドル１０を、被加工物との距離が変化する方向である加工方向に往復可能に支持する第１支持部材としてのスライドテーブル２０と、スライドテーブル２０を支持する第２支持部材としてのＺテーブル４０と、Ｚテーブル４０に支持され、工具３０の状態を検出する検出装置６０を保持する検出装置保持部材５０とを備えている。検出装置６０は、加工方向に交差する方向である検出方向に光（半導体レーザ６９）を照射する投光部６１と、投光部６１に対向するように配置され、半導体レーザを受ける受光部６２とを含んでいる。そして、検出装置６０は、スピンドル１０に工具３０が損傷の無い状態で保持されている場合には、半導体レーザ６９の行路が、工具３０と交差するように構成されており、受光部６２において受ける半導体レーザ６９により、工具３０の状態を検出する。

さらに、半導体レーザ６９の受光部６２に入るスポット径は、加工方向に垂直な断面における工具３０の直径である工具径の７倍以下である。この構成を達成するためには、たとえば受光部６２の投光部６１に対向する側に、受光部６２に到達する半導体レーザのスポット径を、工具径の７倍以下に制限する絞り部材を配置することができる。

また、スライドテーブル２０は、Ｚテーブル４０が被加工物に接近することにより、工具３０が被加工物に接触可能な位置である加工位置にスピンドル１０を保持する状態と、工具３０が被加工物に接触しない位置である退避位置にスピンドル１０を保持する状態とを、加工方向にスピンドル１０を移動させることによって選択可能に構成されている。すなわち、Ｚテーブル４０を被加工物に最も近づけた状態において、スライドテーブル２０によりスピンドル１０を被加工物から最も遠くなるように保持すれば、工具３０と被加工物とは接触しない。そして、当該状態における工具３０と被加工物との距離は、スライドテーブル２０によるスピンドル１０の被加工物向きの可動距離よりも小さくなっている。

さらに、検出装置保持部材５０の検出装置保持部５２は、固定部５１に対して上記加工方向に相対的に移動可能に構成されている。これにより、工具３０の長さに合わせて、半導体レーザ６９の行路を加工方向に移動させ、スピンドル１０に工具３０が損傷の無い状態で保持されている場合には、半導体レーザ６９の行路が、工具３０、特に工具３０の先端と交差するように、半導体レーザ６９の行路を調整することが可能となっている。

次に、本実施の形態における加工装置１の動作について説明する。図３は、本発明の一実施の形態における加工装置の加工部材が加工位置にある場合を示す一部断面を含む概略側面図である。また、図４は、本発明の一実施の形態における加工装置の加工部材が加工位置にある場合を示す概略正面図である。なお、上記図１および図２は、本実施の形態における加工装置の加工部材が退避位置にある場合を示している。

図３および図４を参照して、本実施の形態における加工装置１のスピンドル１０を加工位置に保持するためには、スライドテーブル２０において、スライド部２２に接続され、固定部２１の内部に侵入するように配置されている伸縮部材としてのシリンダバー２３が、固定部２１から突出するようにエアシリンダにより駆動される。これにより、Ｚテーブル４０が被加工物に接近するように動作することによって、工具３０が被加工物に接触可能となる。そして、モータ１２により工具３０が軸α周りに回転駆動されるとともに、Ｚテーブル４０ならびに図示しないＸテーブルおよびＹテーブルにより、工具３０と被加工物とが相対的に移動しつつ、工具３０と被加工物とが接触することにより、被加工物に対して所望の加工を実施することができる。

所望の加工が終了すると、図１および図２を参照して、スライドテーブル２０において、シリンダバー２３が、固定部２１の内部に格納されるようにエアシリンダにより駆動される。これにより、Ｚテーブル４０が被加工物に接近するように動作しても、工具３０は被加工物とは接触不可能となる退避位置に、スピンドル１０が保持される。その結果、この状態で、加工以外の目的、たとえば被加工物の形状を測定する目的でＺテーブル４０を動作させても、誤って工具３０を被加工物などの工具３０の可動範囲内にある物体に接触させ、損傷させることを回避することができる。なお、被加工物以外に工具３０と接触するおそれのある物体が存在している場合、当該物体との接触を回避するため、当該物体が工具３０の可動範囲外となるように、スライドテーブル２０を動作させることが好ましい。

また、所望の加工が終了した後、退避位置にスピンドル１０が保持されている状態において、上述のように、工具３０は、半導体レーザ６９の行路と交差する。その結果、受光部６２において受光される光の量（受光量）により、工具３０の状態が検出される。より具体的には、検出装置６０による工具３０の状態の検出は、以下のように行なわれる。

まず、工具３０に損傷が無い場合、たとえば工具３０が新品の状態である場合の受光量である正常時受光量が測定され、図示しない記憶装置等に記憶される。この正常時受光量は、過去に同形状の工具３０の受光量が測定されている場合、当該測定値を採用してもよい。そして、所望の加工が終了した後、退避位置にスピンドル１０が保持されると、受光部６２における受光量である加工後受光量が測定される。ここで、工具３０に折損が発生している場合、半導体レーザ６９が工具３０により遮られないため、加工後受光量が正常時受光量に比べて増加する。また、工具に欠損などが発生している場合でも、加工後受光量が正常時受光量に比べて変化する。そして、正常時受光量に対する加工後受光量の変化が、予め決定された所定の値を超えた場合、工具３０に損傷が発生したと判断することができる。

本実施の形態における加工装置１によれば、工具３０を保持するスピンドル１０がスライドテーブル２０を介してＺテーブル４０に支持されているとともに、検出装置６０を保持する検出装置保持部材５０もＺテーブル４０に支持されている。したがって、Ｚテーブル４０自体が、加工方向に対して交差する方向に移動可能なＸテーブルおよびＹテーブルに保持され、被加工物を加工するために移動した場合でも、スピンドル１０と検出装置６０とが一体として移動する。そのため、たとえば被加工物の１箇所の加工が完了する毎に、Ｚテーブル４０、ＸテーブルおよびＹテーブルを動作させることなく、スライドテーブル２０を動作させて検出位置（退避位置）にスピンドル１０を移動させることにより、直ちに工具３０の損傷を検出することができる。その結果、加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具３０の損傷を検出することができる。

また、本実施の形態における加工装置１は、スピンドル１０の位置にかかわらず常に、工具３０の損傷を、たとえば受光量が予め決定した閾値を超えたか否かにより判定するというシンプルな構成を有しており、スピンドル１０を保持するテーブル等の動作と同期を取る等の必要もないため、損傷の検出に使用するソフトウェア、電気回路等も複雑なものを必要としない。その結果、本実施の形態における加工装置１によれば、安価に上記特徴を有する加工装置を作製することができる。

また、本実施の形態における加工装置１においては、受光部６２におけるレーザスポット径が、工具３０の工具径の７倍以下であることにより、実用上十分な工具３０の損傷検出感度を確保するとともに、投光部６１と受光部６２との芯合わせが容易となる。具体的には、φ０．１ｍｍ〜φ０．１５ｍｍの工具径を有する工具３０が採用された場合、半導体レーザの直径をφ０．６ｍｍに制限する絞り部材を受光部６２の投光部６１に対向する側に配置することができる。

さらに、工具３０において、損傷の発生しやすい先端部の損傷を有効に検出するため、スピンドル１０が検出位置（退避位置）にある状態においては、半導体レーザ６９の行路と工具３０とは、工具３０の先端を含む領域において交差していることが好ましい。

図５は、検出装置保持部材の動作を説明するための一部断面を含む概略側面図である。図１および図５を参照して、図１に比べて軸α方向の長さの短い工具３０が採用された場合、図５に示すように、検出装置保持部材５０の検出装置保持部５２は、固定部５１に対して移動することにより、検出装置６０をスピンドル１０に近づける。一方、図１に比べて軸α方向の長さの長い工具３０が採用された場合、図５の場合とは逆に、検出装置保持部５２は、固定部５１に対して移動することにより、検出装置６０をスピンドル１０から遠ざける。このようにして、スピンドル１０が検出位置にある状態において、半導体レーザ６９の行路と工具３０とを、工具３０の先端を含む領域において交差させることができる。

以上のように、本実施の形態における加工装置１は、加工の能率低下を抑制しつつ、頻繁に工具の損傷を検出可能な加工装置となっている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の加工装置は、被加工物を加工するための工具の損傷を検出可能な加工装置に、特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における加工装置の構成を示す一部断面を含む概略側面図である。 本発明の一実施の形態における加工装置の構成を示す概略正面図である。 本発明の一実施の形態における加工装置の加工部材が加工位置にある場合を示す一部断面を含む概略側面図である。 本発明の一実施の形態における加工装置の加工部材が加工位置にある場合を示す概略正面図である。 検出装置保持部材の動作を説明するための一部断面を含む概略側面図である。

符号の説明

１ 加工装置、１０ スピンドル、１１ 工具保持部、１２ モータ、２０ スライドテーブル、２１ 固定部、２２ スライド部、２３ シリンダバー、３０ 工具、４０ Ｚテーブル、５０ 検出装置保持部材、５１ 固定部、５２ 検出装置保持部、６０ 検出装置、６１ 投光部、６２ 受光部、６９ 半導体レーザ、７０ スピンドル保持部材。

Claims (3)

1. 被加工物を加工する工具を保持し、前記工具により前記被加工物を加工する加工部材と、
   前記加工部材を、前記被加工物との距離が変化する方向である加工方向に往復可能に支持する第１支持部材と、
   前記第１支持部材を支持する第２支持部材と、
   前記第２支持部材に支持され、前記工具の状態を検出する検出装置を保持する検出装置保持部材とを備え、
   前記検出装置は、
   前記加工方向に交差する方向である検出方向に光を照射する投光部と、
   前記投光部に対向するように配置され、前記光を受ける受光部とを含み、
   前記加工部材に前記工具が損傷の無い状態で保持されている場合には、前記光の行路が、前記工具と交差するように構成されており、
   前記受光部において受ける前記光により、前記工具の状態を検出する、加工装置。
2. 前記受光部の前記投光部側の前方には、前記光が通過する絞り孔を有する絞り部材が配置され、
   前記絞り孔の直径は、前記加工方向に垂直な断面における前記工具の直径である工具径の７倍以下である、請求項１に記載の加工装置。
3. 前記第１支持部材は、前記第２支持部材が前記被加工物に接近することにより、前記工具が前記被加工物に接触可能な位置である加工位置に前記加工部材を保持する状態と、前記工具が前記被加工物に接触しない位置である退避位置に前記加工部材を保持する状態とを、前記加工方向に前記加工部材を移動させることによって選択可能に構成されている、請求項１または２に記載の加工装置。

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