JP2781708B2

JP2781708B2 - 穴加工方法およびその装置

Info

Publication number: JP2781708B2
Application number: JP2584393A
Authority: JP
Inventors: 照雄中川; 茂喜藤原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JPH0671509A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として細径穴をドリ
ルによって形成する穴加工方法およびその装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、細径穴を形成するドリルは弾性
変形しやすい（曲がりやすい）ものであるから、ドリル
の先端がワークの表面に対して傾いた状態で接触する
と、ドリルの先端がワークの表面で滑り、加工すべき穴
の位置がずれるという問題が生じる。また、細径のドリ
ルは弾性限界が小さく折損しやすいという問題もある。

【０００３】この問題を解決する方法として、特開昭６
１−２４４４０４号公報には、ワークＷに加工すべき穴
Ｈａの深さがドリル１の直径の６倍以上である場合に、
図２４（ａ）に示すように、加工すべき穴Ｈａの深さよ
りも短い予備加工用のドリル１ａで下穴Ｈを形成し、そ
の後、図２４（ｂ）に示すように、穴Ｈａの深さ以上の
長さを有した加工用のドリル１を用いて下穴Ｈに合うよ
うに所望の穴Ｈａを形成する方法が開示されている。こ
のような下穴Ｈを形成するドリル１ａは弾性変形が少な
いから、穴Ｈａの位置精度が向上するのである。また、
下穴Ｈを形成したことによって、ドリル１に無理な力が
作用せず弾性変形が少なくなるから、折損の機会も減少
するのである。

【０００４】一方、細径のドリルの折損を防止する装置
としては、特開昭６１−３０３１０号公報に開示された
ものがある。これは、図２５に示すように、ドリル１を
回転させるスピンドルモータ２の軸方向の微小変位を非
接触で検出する変位センサ７をハウジング１２に固定
し、変位センサ７の出力に基づいてドリル１に作用して
いる軸方向の力を推定し、この力が所定値を越えないよ
うにスピンドルモータ２の軸方向の位置を制御するもの
である。すなわち、図２６に示すように、変位センサ７
の出力は増幅変換回路２５を通りスピンドルモータ２の
軸方向の変位量に対応した電圧が比較回路２６に入力さ
れる。比較回路２６には、スピンドルモータ２の変位量
の上限値を設定するための基準電圧を発生する基準電圧
発生回路２７が接続される。比較回路２６の出力はハウ
ジング１２をドリル１の軸方向に移動させる送りモータ
２８の制御に用いられ、図２７に示すように、スピンド
ルモータ２の変位量が比較的小さく、変位量に対応する
電圧が基準値より低い間は送りモータ２８を進めてドリ
ル１による穴加工を行い、スピンドルモータ２の変位量
が大きくなって変位量に対応する電圧が基準値以上にな
ると、変位量が０になるように送りモータ２８を戻し、
再び送りモータ２８を進めて切削するという動作を繰り
返すようにしてある。要するに、ドリル１のスラスト方
向の荷重が所定値を越えないようにしてドリル１の折損
を防止するのである。

【０００５】さらに、細径のドリルの折損を防止する方
法としては、特開昭６２−１６２４０５号公報に開示さ
れたものもある。これは、ドリルの切削トルクを検出
し、切削トルクが所定値以上になるとスピンドルモータ
を軸方向に移動させる送りモータを戻してドリルを加工
中の穴から抜き、切屑を除去した後に、送りモータを進
めて切削を継続することによって、ドリルの折損を防止
しているものである。この構成では、スピンドルモータ
とドリルとを磁気継手を介して結合し、磁気継手におけ
るスピンドルモータ側とドリル側との回転位相の差が、
切削トルクが大きくなるほど大きくなることを利用して
切削トルクを検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例のう
ち、特開昭６１−２４４４０４号公報に開示されている
ものは、下穴を形成した後に実際の穴加工を施すから、
ドリルの交換作業が必要であって、穴の位置精度を高め
るには、交換後のドリルの位置を正確に一致させること
が必要である。すなわち、ワークの位置決めをするＸＹ
テーブルに位置精度の高いものを用いる必要があり、装
置が非常に高価になるという問題がある。

【０００７】また、特開昭６１−３０３１０号公報や特
開昭６２−１６２４０５号公報に開示されているもので
は、ドリルに作用するスラスト方向の力やドリルの切削
トルクに基づいてスピンドルモータを送りモータによっ
てドリルの軸方向に移動させるだけであるから、穴の位
置精度を向上させる点については考慮されていないもの
であった。

【０００８】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、ワークに対して細径の穴を比較的安価な装置
で位置精度よく形成することができ、しかも、ドリルに
大きな荷重や切削トルクが作用しないようにしてドリル
の折損を防止することができる穴加工方法およびその装
置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、ドリルを回転させる回転装置
をワークとの距離を小さくする一定方向に移動するハウ
ジングに対して復原要素および減衰要素を介して支持
し、ワークの表面へのドリルの接触時にドリルのワーク
への接触圧の反力で回転装置が変位してドリルの内部応
力が緩和されるように、回転装置に対する支持力を復原
要素について設定するのである。

【００１０】請求項２の発明では、ドリルがワークの表
面に接触したときに生じる回転装置の変位に振動が生じ
ない程度の制動を加えるように、回転装置に対する支持
力を減衰要素について設定する。請求項３の発明では、
ドリルがワークの表面に接触して切削が開始される程度
に接触圧が増大すると、ドリルによるワークの切削中に
回転装置に変位が生じない程度に支持力を強化して回転
装置をハウジングに対して定位置に保持する。

【００１１】請求項４の発明では、ハウジングの移動方
向を基準方向とし、基準方向に対して直交する面内での
変位のみを許すように回転装置の変位の方向を規制し、
かつ変位が許された方向について復原要素および減衰要
素による支持力を作用させる。請求項５の発明では、ハ
ウジングの移動方向を基準方向とし、基準方向に対して
回転軸を傾斜させる変位のみを許すように回転装置の変
位の方向を規制し、かつ変位が許された方向について復
原要素および減衰要素による支持力を作用させる。

【００１２】請求項６の発明では、ハウジングの移動方
向を基準方向とし、基準方向の変位のみを許すように回
転装置の変位の方向を規制し、かつ変位が許された方向
について復原要素および減衰要素による支持力を作用さ
せる。請求項７の発明では、ハウジングの移動方向を基
準方向とし、基準方向を１つの軸方向とする３次元直交
座標系の各軸について、各軸方向の平行移動および各軸
回りの回転移動による変位を許し、かつすべての平行移
動および回転移動の方向について復原要素および減衰要
素による支持力を作用させる。

【００１３】請求項８の発明では、ハウジングの移動方
向を基準方向とし、基準方向に対して回転軸を傾斜させ
る変位および基準方向に直交する面内で移動する変位の
みを許すように回転装置の変位の方向を規制し、かつ変
位が許された方向について復原要素および減衰要素によ
る支持力を作用させる。請求項９の発明では、ハウジン
グの移動方向を基準方向とし、基準方向を１つの軸方向
とする３次元直交座標系の各軸について、各軸方向に移
動する変位のみを許すように変位の方向を規制し、かつ
変位が許された方向について復原要素および減衰要素に
よる支持力を作用させる。

【００１４】請求項１０の発明では、ハウジングの移動
方向を基準方向とし、基準方向に対して回転軸を傾斜さ
せる変位および基準方向に移動する変位のみを許すよう
に変位の方向を規制し、かつ変位が許された方向につい
て復原要素および減衰要素による支持力を作用させる。
請求項１１の発明では、請求項３の方法について、ハウ
ジングの移動方向を基準方向とし、基準方向に直交する
面内での支持力を強化する。

【００１５】請求項１２の発明では、請求項３の方法に
ついて、ハウジングの移動方向を基準方向とし、基準方
向に対して回転装置の回転軸の傾斜を減少させる向きの
支持力を強化する。請求項１３の発明では、請求項３の
方法について、ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向に対して直交する面内での支持力および基準方
向に対して回転装置の回転軸の傾斜を減少させる向きの
支持力を強化する。

【００１６】請求項１４の発明では、ワークとの距離を
小さくする向きに移動するハウジングと、ドリルと平行
な回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータ
と、ハウジングの移動方向に直交する一つの面内で互い
に異なる方向であってスピンドルモータの回転中心に向
かう向きの支持力を作用させるようにスピンドルモータ
をハウジングに対して機械的に結合する復原要素および
減衰要素よりなる３個以上の支持機構とを備え、支持機
構はドリルのワークへの接触時に接触圧の反力を受けて
スピンドルモータが回転軸に直交する面内で平行移動す
る変位を許し、かつ変位に振動が生じない程度に設定さ
れているのである。

【００１７】請求項１５の発明では、ワークとの距離を
小さくする向きに移動するハウジングと、ドリルと平行
な回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータ
と、ハウジングの移動方向である基準方向に対してスピ
ンドルモータの回転軸が傾斜可能となるようにスピンド
ルモータおよびハウジングに対して各端部がボールジョ
イントを介して機械的に結合された３本以上の支軸と、
ハウジングの移動方向に直交する一つの面内で互いに異
なる方向であってスピンドルモータの回転中心に向かう
向きの支持力を作用させるようにスピンドルモータをハ
ウジングに対して機械的に結合する復原要素および減衰
要素よりなる３個以上の支持機構とを備え、支持機構に
よる支持力はワークへのドリルの接触時に接触圧の反力
を受けてスピンドルモータの回転軸が基準方向に対して
傾斜する変位を許し、かつ変位に振動が生じない程度に
設定されているのである。

【００１８】請求項１６の発明では、ワークとの距離を
小さくする向きに移動するハウジングと、ドリルと平行
な回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータ
と、ハウジングの移動方向である基準方向に支持力を作
用させるようにスピンドルモータに機械的に結合された
復原要素および減衰要素よりなる支持機構とを備え、支
持機構による支持力はワークへのドリルの接触時に接触
圧の反力を受けてスピンドルモータが基準方向に平行移
動する変位を許し、かつ変位に振動が生じない程度に設
定されている。

【００１９】請求項１７の発明では、ワークとの距離を
小さくする向きに移動するハウジングと、ドリルと平行
な回転軸を有しドリルを回転駆動するスピンドルモータ
と、ハウジングの移動方向である基準方向に対してスピ
ンドルモータが傾斜可能となるように基準方向に直交す
る面内でスピンドルモータに吸引力を作用させるように
スピンドルモータの回転軸の周方向に離間して配設され
た３個以上の電磁石と、基準方向に対するスピンドルモ
ータの回転軸の傾斜を検出する変位センサと、変位セン
サの出力に基づいてスピンドルモータを所定位置に保持
するように電磁石によるスピンドルモータの移動量をフ
ィードバック制御する制御手段とを備え、制御手段は、
電磁石への通電電流の変化に基づいて基準方向に直交す
る面内でドリルに作用する外力の分力の変化を検出し、
この分力が小さくなる向きに電磁石への通電電流を制御
してスピンドルモータの位置を調節するのである。

【００２０】

【作用】請求項１の方法によれば、ドリルを回転させる
回転装置を復原要素および減衰要素を介してハウジング
に対して支持し、ドリルがワークに接触したときにドリ
ルとワークとの接触圧が緩和される方向の変位が回転装
置に生じるように回転装置に対する支持力を設定してい
るので、回転するドリルがワークに接触したときにドリ
ルに荷重がかかって変形しようとすると、回転装置がド
リルの変形を防止するように変位してドリルへの荷重を
緩和することによってドリルの折損を防止することがで
きるのである。また、ドリルがワークに接触したときの
接触力を受けて回転装置が変位するから、回転装置はド
リルの先端を中心として変位し、ドリルの先端がワーク
の表面を滑ることがなく、下穴を設けていないにもかか
わらずドリルの位置ずれが防止できるのである。すなわ
ち、穴の位置精度の向上につながるのである。

【００２１】請求項２の方法によれば、ドリルがワーク
の表面に接触したときに生じる回転装置の変位に振動が
生じない程度の制動を加えるように、回転装置に対する
支持力を減衰要素について設定していることによって、
回転装置の変位が短時間で減衰し、ドリルの軸振れを抑
制してドリルが振動したままでワークが切削されるのを
防止することができる。その結果、穴の位置精度および
穴の径の精度の向上につながるのである。また、ドリル
の内部応力を短時間で緩和できるから、ドリルの折損が
防止される。

【００２２】請求項３の方法によれば、ドリルがワーク
の表面に接触して切削が開始される程度に接触圧が増大
すると、ドリルによるワークの切削中に回転装置に変位
が生じない程度に支持力を強化して回転装置をハウジン
グに対して定位置に保持するのであり、回転装置の回転
軸が変位した状態でワークが切削されるのを防止するこ
とができ、ワークに対してドリルを直進させることがで
きて穴の位置精度が一層向上する。

【００２３】請求項４ないし請求項１０の方法は、望ま
しい実施態様であって、いずれの場合も穴の位置精度が
高くなり、かつドリルの折損が防止される。とくに、請
求項６の方法では、ドリルのスラスト方向の荷重を緩和
する能力が高く、ドリルの折損を防止する効果が高い。
また、請求項７の方法では、ドリルの回転方向について
も変位を許しているので、切削抵抗によるドリルへの荷
重も緩和でき、ドリルの折損防止の効果が一層高くな
る。

【００２４】請求項１１ないし請求項１３の方法は、ド
リルによるワークの切削時の支持力についての望ましい
実施態様であって、いずれの場合もドリルの軸振れを防
止して、ワークに対してドリルを直進させることがで
き、穴の位置精度を向上させる効果がある。請求項１４
の装置は、復原要素と減衰要素とを備えた３個以上の支
持機構によってスピンドルモータをハウジングに対して
支持するのであって、ハウジングの移動方向である基準
方向に直交する面内での平行移動による変位に対して支
持機構の支持力が作用する。支持力は、ドリルのワーク
への接触圧の反力によるスピンドルモータの変位を許
し、かつ変位に振動が生じないように設定されるから、
ドリルの先端がワークに接触したときに、ドリルの先端
が滑ることなく、位置精度のよい穴を形成することがで
きる。

【００２５】請求項１５の装置では、両端にボールジョ
イントを備えた３本以上の支軸の一端をスピンドルモー
タに結合し、他端をハウジングに対して結合しているか
ら、スピンドルモータはドリルの移動方向である基準方
向に対して傾斜可能となる。しかも、支持力は、ドリル
のワークへの接触圧の反力によるスピンドルモータの変
位を許し、かつ変位に振動が生じないように設定される
から、ドリルの先端がワークに接触したときに、ドリル
がワークに対して傾くことになり、ドリルの弾性変形に
よる位置ずれを防止する効果が高いのである。

【００２６】請求項１６の装置は、ハウジングの移動方
向である基準方向に支持力を作用させ、しかも、支持力
はドリルのワークへの接触圧の反力によるスピンドルモ
ータの変位を許し、かつ変位に振動が生じないように設
定されるから、ドリルに作用するスラスト方向の荷重を
緩和する効果が高く、ドリルの折損を防止することがで
きる。

【００２７】請求項１７の装置は、ハウジングの移動方
向である基準方向に対してスピンドルモータが傾斜可能
となるようにしているので、ドリルの弾性変形による位
置ずれを防止する効果があり、しかも、スピンドルモー
タの位置を、スピンドルモータの回転軸の周方向に離間
して配設された３個以上の電磁石と、基準方向に対する
スピンドルモータの回転軸の傾斜を検出する変位センサ
と、変位センサの出力に基づいてスピンドルモータを所
定位置に保持するように電磁石によるスピンドルモータ
の移動量をフードバック制御する制御手段とにより制御
し、制御手段は、電磁石への通電電流の変化に基づいて
基準方向に直交する面内でドリルに作用する外力の分力
の変化を検出し、この分力が小さくなる向きに電磁石へ
の通電電流を制御してスピンドルモータの位置を調節す
るので、ドリルがワークに接触したときのスピンドルモ
ータの変位を検出すると、変位を小さくしてドリルを立
てることができ、ドリルをワークに対して略垂直にして
直進させることが可能になり、結果的に穴位置の精度が
一層向上することになる。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）穴加工装置は、図６に示すように、基本的
には、ワークが載置されるＸＹテーブル１１と、ＸＹテ
ーブル１１の上面に対して直交する方向にハウジング１
２を移動させるＺテーブル１３とを装置本体１０に備え
ている。

【００２９】ハウジング１２の中には、図５に示すよう
に、ドリル１を回転させる回転装置としてのスピンドル
モータ２などが収納される。ここにおいて、ハウジング
１２が装置本体１０に対して移動する方向（スピンドル
モータ２の軸方向にほぼ一致する）をＺ軸方向、Ｚ軸方
向に直交する一つの面をＸＹ平面として直交座標系を定
める。スピンドルモータ２の外周面には、スピンドルモ
ータ２の軸方向に直交する円板状の支持板３ａがモータ
ホルダ４を介して固着される。支持板３ａの厚み方向の
両側には、Ｚ軸方向の一直線上に配列されて対になって
いる電磁石（３Ａ，３Ｄ），（３Ｂ，３Ｅ），（３Ｃ，
３Ｆ）の組がスピンドルモータ２の周方向に離間して３
組設けられる。各電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３
Ｅ，３Ｆは、支持板３ａに対してＺ軸方向の吸引力を作
用させるのであり、対になる電磁石（３Ａ，３Ｄ），
（３Ｂ，３Ｅ），（３Ｃ，３Ｆ）の間の拮抗作用によっ
て、支持板３ａを所定の位置に保持する。すなわち、電
磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの吸引力を調
節すれば、支持板３ａのＺ軸方向の位置およびＺ軸に対
する傾き（すなわち、Ｘ軸およびＹ軸の回りでの回転
量）を調節することができるのである。また、スピンド
ルモータ２を他の部材に接触させることなく保持できる
から、スピンドルモータ２は摩擦力をほとんど受けるこ
となく移動できることになる。

【００３０】支持板３ａの厚み方向の一面（図５の下
面）には、周方向に離間した３箇所にそれぞれリニア直
流アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａが
取付片５ｃを介して結合される。各アクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃは、いわゆるボイスコイルモータと称す
るものであって、図７および図８に示すように、スピン
ドルモータ２の回転軸に直交する断面が日字状であって
固定子となるヨーク５ｂと、ヨーク５ｂの中央片に対し
てスライド自在に挿着された筒状の可動コイル５ａとを
備える。可動コイル５ａは、合成樹脂等よりなる角筒状
のコイルボビンにコイル巻線を巻装して形成され、ヨー
ク５ｂは、両脚片の内側面と中央片とが異極になるよう
に適宜箇所に永久磁石（図示せず）が配置される。たと
えば、永久磁石を両脚片の内側面に設ければよい。した
がって、可動コイル５ａに通電すれば、通電電流に比例
したローレンツ力が生じて可動コイル５ａが電流の向き
に応じた方向に移動する。ここにおいて、ヨーク５ｂの
中央片は、スピンドルモータ２におけるアクチュエータ
５Ａ，５Ｂ，５Ｃとの結合位置の接線方向にほぼ沿うよ
うに配置される。スピンドルモータ２の回転軸の径方向
については、可動コイル５ａの内側空間の幅がヨーク５
ｂの中央片の幅よりも大きく設定されており、可動コイ
ル５ａは、スピンドルモータ２の回転軸の径方向につい
てもヨーク５ｂに対して移動できるようになっている。
したがって、各アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃのコイ
ルへの通電電流を制御することによって、スピンドルモ
ータ２の位置を、スピンドルモータ２の回転軸に直交す
る面内で調整できることになる。すなわち、アクチュエ
ータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃによって、スピンドルモータ２の
Ｘ方向およびＹ方向への平行移動とＺ軸回りの回転移動
とを行うことができるのである。

【００３１】ところで、スピンドルモータ２のＸＹ平面
に平行な面内での変位量は、支持板３ａに各アクチュエ
ータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃに対応する位置で固着した検出片
６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの相対距離を検出する変位センサ７
Ａ，７Ｂ，７Ｃによって検出される。すなわち、変位セ
ンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、検出片６Ａ，６Ｂ，６Ｃとの
距離を光学的に測定するものや、金属で形成した検出片
６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対して変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ
から高周波電界を作用させることにより渦電流損の大き
さに基づいて距離を検出するものなどを用いることがで
きる。一方、スピンドルモータ２のＺ軸方向の変位量
は、支持板３ａの周方向の３箇所との相対距離をそれぞ
れ検出する変位センサ７Ｄ，７Ｅ，７Ｆによって検出さ
れる。電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ、ア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃのヨーク５ｂ、変位セン
サ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆはハウジング１
２に対して固定される。

【００３２】以上の構成によれば、電磁石３Ａ，３Ｂ，
３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆのコイルへの通電量の制御によ
って、Ｚ軸方向の平行移動とＸ軸およびＹ軸の回りでの
回転移動ができ、また、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５
Ｃの可動コイル５ａへの通電量の制御によって、ＸＹ平
面内での平行移動とＺ軸の回りでの回転移動ができるこ
とになる。このような位置の制御は、図９に示すよう
に、変位センサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆに
より検出された変位量に基づいて、制御回路２０におい
て、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよび
アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電量をフィード
バック制御すればよい。制御回路２０には、変位センサ
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの出力を取り込
み、また、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ
およびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの制御量を出
力するインタフェース２０ａ、電磁石３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５
Ｂ，５Ｃへの制御量を増幅する増幅回路２０ｂ、変位セ
ンサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの出力値に基
づいて制御量を発生させる演算制御部２０ｃ、制御量の
目標値などを設定する入力部２０ｄ、各部への給電を行
う電源２０ｅ、ハウジング１２をＺ軸方向に移動させる
（ハウジング１２の進退の指示および送り速度を制御す
る）ために装置本体１０に設けた送りモータ２８を制御
量に応じて駆動するドライバ回路２０ｆなどが設けられ
る。また、スピンドルモータ２の回転制御も制御回路２
０によって行われる。ここに、電磁石３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５
Ｂ，５Ｃへの制御量は、相互の影響を考慮して設定する
必要があるから、制御量を求めるには多変数の行列演算
が必要であって、この要求を満たすために、演算制御部
２０ｃとしては高速演算が可能なマイクロコンピュータ
が用いられる。また、上述したように、スピンドルモー
タ２は、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆに
よって非接触で支持されているから、移動時に雑音成分
がほとんど発生しないのであり、変位センサ７Ａ，７
Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆの出力に雑音成分が混入せ
ず、このことによっても位置制御が正確に行えるのであ
る。

【００３３】ところで、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５
Ｃの可動コイル５ａの駆動力Ｆは、可動コイル５ａの巻
数をｎ、可動コイル５ａに流れる電流をＩ、永久磁石に
よる磁束密度をＢ、磁界中の可動コイル５ａの長さをＬ
とすれば、Ｆ＝ｎ・Ｉ・Ｂ・Ｌとなるのであって、可動コイル５ａの駆動力は可動コイ
ル５ａに流れる電流の大きさに比例するから、各アクチ
ュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電電
流の大きさを調節すれば、コンプライアンスも調節する
ことが可能である。また，各可動コイル５ａへの通電電
流と発生する力とが比例するから、フィードバック制御
によって位置を保持しているときの通電電流の大きさは
外力に比例することになり、外力の変化を通電電流の変
化として容易に検出することができるのである。

【００３４】一方、各電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，
３Ｅ，３Ｆが支持板３ａに作用させる吸引力Ｆは、電磁
石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆのコイルに通電
される電流をＩ、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３
Ｅ，３Ｆと支持板３ａとの距離をＤ、電磁石３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆと支持板３ａとの間の空間
に固有な定数をＱとすれば、Ｆ＝ＱＩ²／Ｄ² になるのであって、距離Ｄを小さくすれば、非常に大き
な吸引力が得られるものである。スピンドルモータ２が
高速回転すると、コリオリの力が発生してスピンドルモ
ータ２が歳差運動をしようとするが、電磁石３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの吸引力を大きくすればス
ピンドルモータ２を強固に固定することができるから、
歳差運動をかなり小さくすることができる。電磁石３
Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆについても、通電電
流と発生する力とに対応関係があるから、フィードバッ
ク制御によってスピンドルモータ２の位置を保持してい
るときの通電電流の大きさは外力に対応することにな
り、外力の変化を通電電流の変化として容易に検出でき
るのである。

【００３５】要するに上記装置では、スピンドルモータ
２の位置を各座標軸の方向に平行移動させるとともに、
各座標軸の回りに回転移動させることができるのであ
る。しかも、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３
Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃによってスピ
ンドルモータ２を支持していることになるから、スピン
ドルモータ２は復原要素および減衰要素を介して支持さ
れていることになり、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，
３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの
通電電流を制御することによって、スティフネスや減衰
係数を任意に設定できるのである。

【００３６】上記構成の装置を用いてプリント基板等の
ワークＷに対して穴加工を施すには、図１に示すような
手順で動作させる。まず、穴加工の開始前に、スピンド
ルモータ２が高速回転によってハウジング１２に対して
振動しない範囲で、スピンドルモータ２を支持する復原
要素のスティフネスを比較的小さく設定する。また、ス
ピンドルモータ２が復原要素により支持されていること
によって、ドリル１がワークＷに接触したときに反力を
受けてスピンドルモータ２が変位すると、その変位に対
応した復帰力が作用することによってスピンドルモータ
２が振動するから、このような振動が生じないように、
すなわち変位が短時間で減衰するように、スピンドルモ
ータ２を支持している減衰要素の減衰係数を設定してお
く。要するに、復原要素についてはスティフネスを小さ
く設定し、減衰要素についてはスティフネスに応じて減
衰係数を設定することによって、上記反力を受けたとき
にドリル１に作用する接触圧を緩和できる程度にスピン
ドルモータ２が変位するように、スピンドルモータ２を
ハウジング１２に対して支持する支持力を比較的小さく
設定するのである（Ｓ１）。スティフネスおよび減衰係
数は、上述したように、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３
Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ
への通電電流を調節することによって調節することがで
きる。また、後述するスティフネスおよび減衰係数の変
更タイミングを決定するための、Ｚ軸方向およびＺ軸回
りでの力に対する閾値を設定する（Ｓ２）。

【００３７】このような設定状態で、スピンドルモータ
２によってドリル１を高速回転させるとともに、ハウジ
ング１２をＺテーブル１３によって一定速度でＺ軸方向
の下向きに移動させる（Ｓ３、図２（ａ））。このと
き、ワークＷには下穴を形成する必要はない。また、電
磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチ
ュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの通電電流の変化に基づいて
スピンドルモータ２に作用する外力を検出し、スピンド
ルモータ２に作用する外力が最小になるように、電磁石
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエ
ータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの通電電流を制御し、スピンドル
モータ２の位置を制御してスピンドルモータ２の姿勢を
一定に保つ。

【００３８】図２（ｂ）のように、ドリル１の先端がワ
ークＷの表面に接触すると、ドリル１の先端には接触圧
としての反力Ｆが作用する。スピンドルモータ２の支持
力は比較的小さいから、スピンドルモータ２にはドリル
１の先端を中心としてドリル１に作用する反力Ｆを緩和
する方向の変位が生じ、図２（ｃ）に示すように、Ｚ軸
に対してドリル１およびスピンドルモータ２が傾いた
り、スピンドルモータ２がＺ軸方向に移動したりする。
スピンドルモータ２がハウジング１２に対して変位すれ
ば、ドリル１の内部応力が緩和されることになり、ドリ
ル１の折損が防止される。すなわち、スティフネスを比
較的小さく設定したことによって、スティフネスが大き
い場合に比較すると（図３に破線で示す）、図３に実線
で示すように、ドリル１の先端にＺ軸方向に作用する反
力（接触圧）の立ち上がりが遅くなるとともに、反力の
最大値が小さくなるのである。その結果、ドリル１の内
部応力が小さくなって折損が防止されることになる。

【００３９】また、スピンドルモータ２は復原要素およ
び減衰要素を介して支持されているから、図４に破線で
示すように減衰振動し、整定時間が経過すると、スピン
ドルモータ２は、復原力および減衰力がドリル１に作用
する接触圧と釣り合う位置に落ちつく。ここで、上述の
ように減衰要素の減衰係数を比較的大きく設定している
から、図４に実線で示すように、整定時間を短くするこ
とができるのであって、振動によるドリル１の内部応力
が短時間で緩和されることになり、このことによっても
ドリル１の折損防止につながるのである。さらに、図４
の破線のように変位が減衰するまでの整定時間が長い
と、スピンドルモータ２の振動によるドリル１の軸振れ
によって、ドリル１の先端の位置がずれたり切削する穴
の径が大きくなるなどの問題が生じる。これに対して、
減衰係数を大きくして整定時間を短縮したことによっ
て、ドリル１の先端の位置がずれたり穴の径が大きくな
るのを防止できることになる。ところで、上述したよう
に、ドリル１の先端がワークＷに接触した段階では、ス
ピンドルモータ２の支持力が小さいことによってドリル
１の折損が防止されるのであるが、支持力をそのままに
してドリル１によるワークＷの切削を行うと、ドリル１
の切削抵抗に対する反力でスピンドルモータ２に軸振れ
が生じるなどの問題が発生する。そこで、ドリル１がワ
ークＷに接触したときに生じる反力を緩和する方向にス
ピンドルモータ２が変位し、その後、ドリル１によるワ
ークＷの切削が可能な程度に接触圧が増加すると、図２
（ｄ）に示すようにスピンドルモータ２の回転軸をＺ軸
に平行とするように、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，
３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの
通電電流を瞬時に変化させる。すなわち、ドリル１のワ
ークＷに対する接触圧が大きくなれば、Ｚ軸回りのトル
クが増加したりＺ軸方向の押圧力が増加したりするか
ら、スピンドルモータ２の負荷電流や、電磁石３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５
Ａ，５Ｂ，５Ｃの負荷電流の変化によってこれを検出し
（Ｓ４）、スピンドルモータ２に作用するＺ軸方向の力
Ｆz およびＺ軸回りの力Ｆθz がステップＳ２で設定し
た閾値以上に増加したことが検出されると（Ｓ５）、そ
の直後にスピンドルモータ２の支持力を瞬時のうちに強
化する（Ｓ６）。要するに、スピンドルモータ２を支持
する復原要素のスティフネスおよび減衰要素の減衰係数
を大きくするように、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，
３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの
通電電流を制御するのである。ここに、スティフネスお
よび減衰係数の変更前の値をそれぞれＫ₁(＝(kx₁,ky₁,k
z₁,kθx₁,kθy₁,kθz₁) ) ，Ｄ₁((dx₁,dy₁,dz₁,dθx₁,d
θy₁,dθz₁) ) 、変更後の値をそれぞれＫ₂(＝(kx₂,k
y₂,kz₂,kx₂,kθy₂,kθz₂) ），Ｄ₂(＝(dx₂,dy₂,dz₂,dθ
x₂,dθy₂,dθz₂)）として、Ｋ₁＜Ｋ₂、Ｄ₁＜Ｄ₂と
なるように設定する。ただし、Ｚ軸方向の成分について
は、 kz₁＝kz₂ 、 dz₁＝dz₂ でもよい。また、スピンド
ルモータ２とハウジング１２との相対位置は、ドリル１
のワークＷへの接触前に (0,0,0,0,0,0)であって、接触
時に (x₁,y₁,z₁, θx₁, θy₁, θz₁) になっても、ステ
ィフネスおよび減衰係数の変更によって支持力を強化し
た後には (0,0,z₂, 0,0,θz₂) となる。すなわち、スピ
ンドルモータ２とハウジング１２との相対位置をドリル
１がワークＷに接触する前の位置に保持するような支持
力を強化することによって、ドリル１が受ける反力に抗
してスピンドルモータ２とハウジング１２との中心線が
一致し、Ｚ軸方向にはドリル１からワークＷに対する押
圧力の反力に相当する変位ｚ₂が生じ、Ｚ軸の回りには
切削抵抗の反力に相当する変位θz₂が生じるのである。
さらに、ドリル１がワークＷに挿入されるに従って押圧
力および切削抵抗に対する反力が変化し、Ｚ軸方向およ
びＺ軸回りの変位がｚ₃，θz₃になる。このとき、Ｘ軸
方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸回り、Ｙ軸回りについては変位が
生じないように保持されている。なお、図２において○
印はハウジング１２の中心位置、×印はスピンドルモー
タ２の中心位置を示す。

【００４０】上述したような手順で電磁石３Ａ，３Ｂ，
３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５
Ｂ，５Ｃへの通電電流を制御することによって、ワーク
Ｗの切削が可能となる程度にドリル１のワークＷへの接
触圧が増加すると、その直後に、ワークＷの表面に対し
てドリル１を垂直に当接させることが可能となる。しか
も、スピンドルモータ２がほぼ定位置に固定され、ドリ
ル１が変形したままの状態でワークＷが切削されるのを
防止することができるから、ワークＷに対してドリル１
を直進させて穴の位置精度を一層高めることができるの
である。また、ドリル１によるワークＷの切削中に生じ
る反力によってスピンドルモータ２が振動するのを防止
できるのであって、ドリル１の軸振れを抑制して穴の径
が拡大するのを防止できるのである。このようにしてド
リル１の位置決めが完了すると、図２（ｅ）のようにド
リル１によってワークＷが切削される。図１、図２と復
原要素および減衰要素の制御との関係を表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】（実施例２）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ１におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変えたものである。すなわち、本実施例では、Ｚ軸に
直交する面内での平行移動（すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向の平行移動）、およびＸ軸回り、Ｙ軸回りの回転移
動については、ドリル１のワークＷへの接触時の反力で
スピンドルモータ２の移動を許すように設定し、Ｚ軸方
向の平行移動およびＺ軸回りの回転移動については、ス
ピンドルモータ２の移動が困難となるように支持力を大
きく設定している。

【００４３】スピンドルモータ２の支持力を上記設定と
すれば、図１０（ａ）のように、ドリル１を高速回転さ
せてスピンドルモータ２をＺ軸方向の下向きに移動さ
せ、図１０（ｂ）のようにドリル１の先端がワークＷに
接触すると、ドリル１は接触圧による反力Ｆを受け、ス
ピンドルモータ２はドリル１の先端を中心にして、図１
０（ｃ）のようにＺ軸に対して傾斜することになる（Ｘ
軸回り、Ｙ軸回りに回転移動する）。この時点で、Ｚ軸
回りのトルクおよびＺ軸方向の押圧力が閾値以上になる
と、スピンドルモータ２の移動が禁止される程度に支持
力を強化し、ドリル１の先端をワークＷに対して直立さ
せるのである。他の構成および動作は実施例１と同様で
ある。

【００４４】（実施例３）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ１におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変更したものである。すなわち、スピンドルモータ２
について、３次元直交座標系における各軸方向への平行
移動を許すように支持力を比較的小さく設定し、各軸回
りの回転移動を困難とするように支持力を比較的大きく
設定している。

【００４５】スピンドルモータ２の支持力を上記設定と
すれば、スピンドルモータ２の傾きが禁止されるから、
図１１（ａ）に示すようにドリル１を高速回転させてハ
ウジング１２をＺ軸方向の下向きに移動させたとき、図
１１（ｂ）に示すようにドリル１の先端がワークＷに接
触すると、ドリル１は接触圧による反力を受け、このと
き、スピンドルモータ２は、図１１（ｃ）に示すように
ドリル１の先端位置をずらすことなくハウジング１２に
対してＺ軸方向およびＺ軸に直交する面内で変位するこ
とになる。このとき、Ｚ軸回りのトルクおよびＺ軸方向
の押圧力が閾値以上になると、支持力が強化されてドリ
ル１の先端とワークＷとの接触位置でドリル１が直立す
る。他の構成および動作は実施例１と同様である。

【００４６】（実施例４）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ１におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変更したものである。本実施例では、ドリル１のワー
クＷへの接触時に受ける反力によって、スピンドルモー
タ２のＺ軸方向への平行移動、およびＸ軸回り、Ｙ軸回
りでの回転移動が可能となり、かつＺ軸に直交する面内
の平行移動（すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の平行移
動）およびＺ軸回りの回転移動が困難となるように支持
力を設定する。

【００４７】スピンドルモータ２の支持力を上記設定と
すれば、図１０（ａ）のように、ドリル１を高速回転し
てスピンドルモータ２をＺ軸方向の下向きに移動させ、
図１０（ｂ）のようにドリル１の先端がワークＷに接触
すると、ドリル１は接触圧による反力Ｆを受け、スピン
ドルモータ２はドリル１の先端を中心にして、図１０
（ｃ）のようにＺ軸に対して傾斜することになる（Ｘ軸
回り、Ｙ軸回りに回転移動する）。そこで、Ｚ軸回りの
トルクおよびＺ軸方向の押圧力が閾値以上になると、支
持力が強化されてドリル１がワークＷに対して直立する
のである。他の構成および動作は実施例１と同様であ
る。

【００４８】（実施例５）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ６におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変更したものである。本実施例では、図１２に示すよ
うに、Ｚ軸回りのトルクおよびＺ軸方向の押圧力が閾値
以上になったことが検出された時点で（Ｓ５）、復原要
素のスティフネスおよび減衰要素の減衰係数を大きくす
る制御をＸＹ平面内でのみ行う。すなわち、ＸＹ平面内
での平行移動（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の平行移動）と
回転移動（Ｚ軸回りの回転移動）とを抑制するのであ
る。

【００４９】上述のような制御を行えば、図１３（ａ）
のように、ドリル１を高速回転してスピンドルモータ２
をＺ軸方向の下向きに移動させ、図１３（ｂ）のように
ドリル１の先端がワークＷに接触すると、ドリル１は接
触圧による反力Ｆを受け、図１３（ｃ）のように、ドリ
ル１の先端を中心として反力Ｆを緩和する方向にスピン
ドルモータ２が変位する。このとき、減衰要素の作用に
よりほとんど振動することなく短時間で反力Ｆと釣り合
う位置に落ち付こうとする。その後に、Ｚ軸回りのトル
クおよびＺ軸方向の押圧力が閾値以上になったことがス
ピンドルモータ２の負荷電流や、アクチュエータ５Ａ，
５Ｂ，５Ｃの負荷電流の変化によって検出されると（Ｓ
５）、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流を
大きくして、スピンドルモータ２がＺ軸に直交する面内
での平行移動および回転移動を抑制するように、支持力
を強化するのである（Ｓ６）。このようにして、図１３
（ｄ）のようにドリル１の先端を中心にしてスピンドル
モータ２を立てることができ、図１３（ｅ）のようにド
リル１を直立させて切削することができるのである。他
の構成は実施例１と同様である。

【００５０】（実施例６）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ６におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変更したものである。本実施例では、図１４に示すよ
うに、Ｚ軸回りのトルクおよびＺ軸方向の押圧力が閾値
以上になったことが検出された時点で（Ｓ５）、復原要
素のスティフネスおよび減衰要素の減衰係数を大きくす
る制御をＸ軸回りおよびＹ軸回りの回転移動について抑
制するのである（Ｓ６）。このようにすべての軸回りの
回転移動を抑制するから、スピンドルモータ２は実施例
１と同様に（すなわち、図２、図１５に示すように）振
る舞うことになり、ドリル１をワークＷに対して直立さ
せて切削することが可能になるのである。他の構成は実
施例１と同様である。

【００５１】（実施例７）本実施例は、実施例１と同じ
構成の穴加工装置を用いて、図１のステップＳ６におけ
る電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびア
クチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの通電電流の制御方法
を変更したものである。本実施例では、図１５に示すよ
うに、Ｚ軸回りのトルクおよびＺ軸方向の押圧力が閾値
以上になったことが検出された時点で（Ｓ５）、Ｚ軸方
向の平行移動以外の平行移動および回転移動を抑制する
ように支持力を強化するのである（Ｓ６）。すなわち、
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の平行移動とＸ軸回り、Ｙ軸回り、
Ｚ軸回りの回転移動とを抑制する。この場合、スピンド
ルモータ２は実施例１と同様に（すなわち、図２、図１
５に示すように）振る舞う。他の構成は実施例１と同様
である。

【００５２】なお、上述した実施例１〜７においては、
Ｚ軸回りのトルクＦθz およびＺ軸方向の押圧力Ｆz が
閾値以上になった時点で支持力を変更しているが、トル
クＦθz と押圧力Ｆz とのいずれか一方のみが閾値以上
になった時点で支持力を変更するようにしてもよい。ま
た、ワークＷがＸＹ平面に平行ではない場合には、Ｚ軸
回りのトルクＦθz やＺ軸方向の押圧力Ｆz に代えて他
の軸回りの力Ｆθx,Ｆθy や他の軸方向の力Ｆx,Ｆy と
閾値との比較によって支持力を変更するタイミングを決
定してもよい。

【００５３】（実施例８）本実施例では、ハウジング１
２の中に、図１７のような機構を収納している。すなわ
ち、実施例１では、スピンドルモータ２をＸ軸方向、Ｙ
軸方向、Ｚ軸方向の平行移動およびＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の
回りでの回転移動が可能な６自由度系として扱うことが
できるように構成していたが、本実施例では、スピンド
ルモータ２をＸＹ平面内での平行移動のみの２自由度系
として扱うように構成している。また、本実施例では、
復原要素のスティフネスおよび減衰要素の減衰係数は固
定的に設定されている。

【００５４】すなわち、スピンドルモータ２がＺ軸に直
交する面内で移動可能なように、復原要素Ｒおよび減衰
要素Ｄを備えた３個の支持機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ
によってスピンドルモータ２を支持している。復原要素
Ｒはばねであって、減衰要素Ｄはダンパよりなる。した
がって、スティフネスおよび減衰係数は一定であって、
実施例１のように調整可能とはなっていない。各支持機
構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、Ｚ軸に直交する面内でス
ピンドルモータ２の回転中心に向かう向きの支持力を作
用させるのであって、スピンドルモータ２の外周面の３
箇所にそれぞれ一端が結合され、他端がハウジング１２
に結合されている。また、スピンドルモータ２は、回転
軸に直交する方向にほとんど摩擦の影響を受けることな
く移動できるように空気軸受２２を用いて支持される。
すなわち、空気軸受２２は、スピンドルモータ２の外周
面に固着された軸方向に直交する円板状の支持板２２ａ
と、支持板３ａの厚み方向の両側に配設され内部に圧縮
空気が流通する一対の通気管２２ｂとにより構成され
る。通気管２２ｂにおいて支持板２２ａとの対向面には
吹出口２２ｃが形成され、吹出口２２ｃから圧縮空気が
吐出されることにより、支持板２２ａが両通気管２２ｂ
から離間した状態で支持される。

【００５５】復原要素Ｒはドリル１がワークＷに接触し
たときに生じる反力を緩和するような変位がスピンドル
モータ２に生じるように設定され、減衰要素はスピンド
ルモータ２の変位に伴う振動が短時間で減衰するように
設定される。ワークＷを切削するときには、図１１
（ａ）に示すように、ドリル１を高速回転させてＺ軸方
向の下向きに移動させると、図１１（ｂ）に示すよう
に、ドリル１がワークＷに接触して反力Ｆを受ける。こ
のとき、スピンドルモータ２は、図１１（ｃ）のよう
に、ドリル１の先端位置をずらすことなくＺ軸に直交す
る面内で変位する。ここで、減衰要素の作用によって変
位に伴う振動は短時間で減衰し、ドリル１の先端とワー
クＷとの接触位置でドリル１が直立するのである。

【００５６】（実施例９）本実施例では、ハウジング１
２の中に、図１８および図１９に示すような機構を収納
している。すなわち、本実施例では、スピンドルモータ
２をＸ軸およびＹ軸の回りでの回転移動のみの２自由度
系として扱うように構成している。また、実施例８と同
様に、復原要素のスティフネスと減衰要素の減衰係数と
は固定的に設定される。

【００５７】すなわち、スピンドルモータ２の外周面に
は、Ｚ軸に直交する円板状の支持板２３が固着され、ハ
ウジング１２の定位置には支持板２３に対向するように
固定板２４が固定される。支持板２３と固定板２４との
対向面は、３本以上の支軸２５Ａ〜２５Ｃを介して結合
される。各支軸２５Ａ〜２５Ｃは、両端部に設けたボー
ルジョイント２６ａ，２６ｂを介して支持板２３および
固定板２４に結合されている。また、各支軸２５Ａ〜２
５Ｃの延長線はスピンドルモータ２の回転軸上の１点に
交点を有するように配置される。このような構成とすれ
ば、この交点を中心として支持板２３（すなわち、スピ
ンドルモータ２）が傾斜できることになる。したがっ
て、交点の位置はドリル１の先端に設定するのが望まし
い。

【００５８】支持機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、実施
例２と同様に復原要素であるばねと減衰要素であるダン
パとを用いて構成され、支持板２３の外周面に一端が結
合され、Ｚ軸に直交する面内でスピンドルモータ２の回
転中心に向かう方向に支持力を作用させるように構成さ
れている。したがって、ドリル１によるワークＷの切削
時には、スピンドルモータ２は実施例２と同様に（すな
わち、図１０に示すように）振る舞うことになる。他の
構成は実施例８と同様である。

【００５９】（実施例１０）本実施例は、図２０および
図２１に示すように、実施例９のばねおよびダンパを用
いた支持機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに代えて、３個の
電磁石３Ｇ，３Ｈ，３Ｉを用いたものである。各電磁石
３Ｇ，３Ｈ，３Ｉは、支持板２３の周囲に等間隔に配置
され、磁極面の法線がスピンドルモータ２の回転中心に
向かうように配置される。また、支持板２３の周囲には
スピンドルモータ２の回転軸に対する傾斜を検出する２
個の変位センサ１７Ｇ，１７Ｈが配設される。変位セン
サ１７Ｇ，１７Ｈは、Ｚ軸方向に直交する面内での支持
板２３の平行移動を検出することができる。各電磁石３
Ｇ，３Ｈ，３Ｉへの通電電流は、変位センサ１７Ｇ、１
７Ｈで検出された支持板２３の位置に基づいて、実施例
１と同様にフィードバック制御される。すなわち、各電
磁石３Ｇ，３Ｈ，３Ｉへの通電電流の出力に基づいてＺ
軸方向に直交する面内でドリル１に作用する外力の分力
の変化を検出し、この分力が小さくなる向きに各電磁石
３Ｇ，３Ｈ，３Ｉへの通電電流を制御してスピンドルモ
ータ２の位置を調節する。他の構成および電磁石３Ｇ，
３Ｈ，３Ｉの制御手順は実施例１と同様である。すなわ
ち、ドリル１によるワークＷの切削が開始される前後
で、実施例１と同様に復原要素と減衰要素とによる支持
力を調節するのである。したがって、ドリル１がワーク
Ｗに接触するまでは、実施例９と同様に動作するが、そ
の後に支持力を強化することによって、歳差運動による
スピンドルモータ２の軸振れを防止することができるの
である。

【００６０】（実施例１１）本実施例では、Ｚ軸方向の
平行移動のみを許すようにスピンドルモータ２を１自由
度系として扱うように構成している。すなわち、図２２
に示すように、スピンドルモータ２がＺ軸方向に平行移
動できるように、復原要素Ｒおよび減衰要素Ｄを備えた
１個の支持機構２１によってスピンドルモータ２を支持
している。復原要素Ｒはばねであって、減衰要素Ｄはダ
ンパよりなる。支持機構２１は、Ｚ軸方向においてスピ
ンドルモータ２に支持力を作用させるのであって、スピ
ンドルモータ２の軸方向の一端面に一端が結合され、他
端がハウジング１２に結合されている。また、スピンド
ルモータ２は、軸方向に摩擦の影響をほとんど受けずに
移動できるように空気軸受２７を用いて支持される。す
なわち、空気軸受２７は、スピンドルモータ２の外周面
を全周に亙って囲む円環状の通気管２７ａを備え、通気
管２７ａにおいてスピンドルモータ２の外周面との対向
面には多数の吹出口２７ｂが形成され、吹出口２７ｂか
ら圧縮空気が吐出されることにより、スピンドルモータ
２が通気管２７ａから離間した状態で支持される。

【００６１】復原要素Ｒはドリル１がワークＷに接触し
たときに生じる反力を緩和するようにスピンドルモータ
２がハウジング１２に対して相対的にＺ軸方向に変位す
るように設定され、減衰要素はスピンドルモータ２の変
位が短時間で減衰するように設定される。切削を開始す
るときには、図２３（ａ）のようにドリル１を高速回転
させてＺ軸方向の下向きに移動させる。図２３（ｂ）に
示すようにドリル１がワークＷに接触すれば、ドリル１
に対してＺ軸方向の反力Ｆが作用する。このとき、スピ
ンドルモータ２は、図２３（ｃ）のように、ドリル１の
先端位置をずらすことなくハウジング１２に対して相対
的にＺ軸方向に変位する。すなわち、スピンドルモータ
２はハウジング１２に対してＺ軸方向の下向きに一定速
度で移動しようとするが、反力Ｆを受けて復原要素Ｒの
支持力に抗して定位置に止まることになる。その後、減
衰要素の作用によって変位による振動は短時間で減衰す
る。ここにおいて、復原要素Ｒと減衰要素Ｄとは、実施
例１のような電磁石による浮動機構を用いて構成しても
よい。

【００６２】

【発明の効果】本発明は上述のように、ドリルを回転さ
せる回転装置を復原要素および減衰要素を介して支持
し、ドリルがワークに接触したときにドリルとワークと
の接触圧が緩和される方向の変位が回転装置に生じるよ
うに回転装置に対する支持力を設定しているので、回転
するドリルがワークに接触したときにドリルに荷重がか
かって変形しようとすると、回転装置がドリルの変形を
防止するように変位してドリルへの荷重を緩和すること
によってドリルの折損を防止することができるという効
果がある。また、ドリルがワークに接触したときの接触
力を受けて回転装置が変位するから、回転装置はドリル
の先端を中心として変位し、ドリルの先端がワークの表
面を滑ることがなく、下穴を設けていないにもかかわら
ずドリルの位置ずれが防止できるという効果がある。す
なわち、穴の位置精度が向上するという利点を有するの
である。

【００６３】また、ドリルがワークの表面に接触したと
きに生じる回転装置の変位に振動が生じない程度の制動
を加えるように、回転装置に対する支持力を減衰要素に
ついて設定することによって、回転装置の変位に伴う振
動が短時間で減衰し、ドリルの軸振れを抑制してドリル
の振動による位置ずれ等を防止することができる結果、
穴の位置精度が一層向上するという利点がある。また、
ドリルの内部応力を短時間で緩和できるから、ドリルの
内部応力の増大を防止してドリルの折損を防止すること
ができるという利点もある。

【００６４】さらに、ドリルがワークの表面に接触して
切削が開始される程度に接触圧が増大すると、ドリルに
よるワークの切削中に回転装置に変位が生じない程度に
支持力を強化して回転装置をハウジングに対して定位置
に保持することにより、回転装置がほぼ定位置に固定さ
れることになって、回転装置の回転軸が変位した状態で
ワークが切削されるのを防止することができ、ワークに
対してドリルを直進させることができて穴の位置精度が
一層向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す動作説明図である。

【図２】実施例１の穴の形成過程を示す工程図である。

【図３】実施例１での接触圧の時間変化を示す動作説明
図である。

【図４】実施例１でのスピンドルモータの変位の時間変
化を示す動作説明図である。

【図５】実施例１を示す一部切欠斜視図である。

【図６】実施例１を示す全体構成の斜視図である。

【図７】実施例１に用いるアクチュエータの平面図であ
る。

【図８】実施例１に用いるアクチュエータの断面図であ
る。

【図９】実施例１を示す制御回路のブロック図である。

【図１０】実施例２、実施例４、実施例９の穴の形成過
程を示す工程図である。

【図１１】実施例３、実施例８の穴の形成過程を示す工
程図である。

【図１２】実施例５を示す動作説明図である。
．

【図１３】実施例５の穴の形成過程を示す工程図であ
る。

【図１４】実施例６を示す動作説明図である。

【図１５】実施例６、実施例７の穴の形成過程を示す工
程図である。

【図１６】実施例７を示す動作説明図である。

【図１７】実施例８を示す一部切欠斜視図ある。

【図１８】実施例９を示す一部切欠斜視図である。

【図１９】実施例９を示す断面図である。

【図２０】実施例１０を示す一部切欠斜視図である。

【図２１】実施例１０を示す断面図である。

【図２２】実施例１１を示す一部切欠斜視図である。

【図２３】実施例１１の穴の形成過程を示す工程図であ
る。

【図２４】従来の穴加工方法を示す工程図である。

【図２５】従来の穴加工装置を示す断面図である。

【図２６】従来の穴加工装置を示す概略構成図である。

【図２７】図２４に対応する穴加工装置の動作説明図で
ある。

【符号の説明】

１ドリル２スピンドルモータ３Ａ電磁石３Ｂ電磁石３Ｃ電磁石３Ｄ電磁石３Ｅ電磁石３Ｆ電磁石３Ｇ電磁石３Ｈ電磁石３Ｉ電磁石５Ａアクチュエータ５Ｂアクチュエータ５Ｃアクチュエータ７Ａ変位センサ７Ｂ変位センサ７Ｃ変位センサ７Ｄ変位センサ７Ｅ変位センサ７Ｆ変位センサ２０制御回路２１Ａ支持機構２１Ｂ支持機構２１Ｃ支持機構２４固定板２５支軸２６ａボールジョイント２６ｂボールジョイントＤ減衰要素Ｒ復原要素

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 35/00 B23B 41/00 B23B 41/14 B23B 47/00 B23B 47/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ドリルを回転させる回転装置をワークと
の距離を小さくする一定方向に移動するハウジングに対
して復原要素および減衰要素を介して支持し、ワークの
表面へのドリルの接触時にドリルのワークへの接触圧の
反力で回転装置が変位してドリルの内部応力が緩和され
るように、回転装置に対する支持力を復原要素について
設定したことを特徴とする穴加工方法。
【請求項２】ドリルがワークの表面に接触したときに
生じる回転装置の変位に振動が生じない程度の制動を加
えるように、回転装置に対する支持力を減衰要素につい
て設定したことを特徴とする請求項１記載の穴加工方
法。
【請求項３】ドリルがワークの表面に接触して切削が
開始される程度に接触圧が増大すると、ドリルによるワ
ークの切削中に回転装置に変位が生じない程度に支持力
を強化して回転装置をハウジングに対して定位置に保持
することを特徴とする請求項１または請求項２記載の穴
加工方法。
【請求項４】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向に対して直交する面内での変位のみを許すよう
に回転装置の変位の方向を規制し、かつ変位が許された
方向について復原要素および減衰要素による支持力を作
用させることを特徴とする請求項２記載の穴加工方法。
【請求項５】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向に対して回転軸を傾斜させる変位のみを許すよ
うに回転装置の変位の方向を規制し、かつ変位が許され
た方向について復原要素および減衰要素による支持力を
作用させることを特徴とする請求項２記載の穴加工方
法。
【請求項６】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向の変位のみを許すように回転装置の変位の方向
を規制し、かつ変位が許された方向について復原要素お
よび減衰要素による支持力を作用させることを特徴とす
る請求項２記載の穴加工方法。
【請求項７】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向を１つの軸方向とする３次元直交座標系の各軸
について、各軸方向の平行移動および各軸回りの回転移
動による変位を許し、かつすべての平行移動および回転
移動の方向について復原要素および減衰要素による支持
力を作用させることを特徴とする請求項２記載の穴加工
方法。
【請求項８】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向に対して回転軸を傾斜させる変位および基準方
向に直交する面内で移動する変位のみを許すように回転
装置の変位の方向を規制し、かつ変位が許された方向に
ついて復原要素および減衰要素による支持力を作用させ
ることを特徴とする請求項２記載の穴加工方法。
【請求項９】ハウジングの移動方向を基準方向とし、
基準方向を１つの軸方向とする３次元直交座標系の各軸
について、各軸方向に移動する変位のみを許すように変
位の方向を規制し、かつ変位が許された方向について復
原要素および減衰要素による支持力を作用させることを
特徴とする請求項２記載の穴加工方法。
【請求項１０】ハウジングの移動方向を基準方向と
し、基準方向に対して回転軸を傾斜させる変位および基
準方向に移動する変位のみを許すように変位の方向を規
制し、かつ変位が許された方向について復原要素および
減衰要素による支持力を作用させることを特徴とする請
求項２記載の穴加工方法。
【請求項１１】ハウジングの移動方向を基準方向と
し、基準方向に直交する面内での支持力を強化すること
を特徴とする請求項３記載の穴加工方法。
【請求項１２】ハウジングの移動方向を基準方向と
し、基準方向に対して回転装置の回転軸の傾斜を減少さ
せる向きの支持力を強化することを特徴とする請求項３
記載の穴加工方法。
【請求項１３】ハウジングの移動方向を基準方向と
し、基準方向に対して直交する面内での支持力および基
準方向に対して回転装置の回転軸の傾斜を減少させる向
きの支持力を強化することを特徴とする請求項３記載の
穴加工方法。
【請求項１４】ワークとの距離を小さくする向きに移
動するハウジングと、ドリルと平行な回転軸を有しドリ
ルを回転駆動するスピンドルモータと、ハウジングの移
動方向に直交する一つの面内で互いに異なる方向であっ
てスピンドルモータの回転中心に向かう向きの支持力を
作用させるようにスピンドルモータをハウジングに対し
て機械的に結合する復原要素および減衰要素よりなる３
個以上の支持機構とを備え、支持機構はドリルのワーク
への接触時に接触圧の反力を受けてスピンドルモータが
回転軸に直交する面内で平行移動する変位を許し、かつ
変位に振動が生じない程度に設定されて成ることを特徴
とする穴加工装置。
【請求項１５】ワークとの距離を小さくする向きに移
動するハウジングと、ドリルと平行な回転軸を有しドリ
ルを回転駆動するスピンドルモータと、ハウジングの移
動方向である基準方向に対してスピンドルモータの回転
軸が傾斜可能となるようにスピンドルモータおよびハウ
ジングに対して各端部がボールジョイントを介して機械
的に結合された３本以上の支軸と、ハウジングの移動方
向に直交する一つの面内で互いに異なる方向であってス
ピンドルモータの回転中心に向かう向きの支持力を作用
させるようにスピンドルモータをハウジングに対して機
械的に結合する復原要素および減衰要素よりなる３個以
上の支持機構とを備え、支持機構による支持力はワーク
へのドリルの接触時に接触圧の反力を受けてスピンドル
モータの回転軸が基準方向に対して傾斜する変位を許
し、かつ変位に振動が生じない程度に設定されて成るこ
とを特徴とする穴加工装置。
【請求項１６】ワークとの距離を小さくする向きに移
動するハウジングと、ドリルと平行な回転軸を有しドリ
ルを回転駆動するスピンドルモータと、ハウジングの移
動方向である基準方向に支持力を作用させるようにスピ
ンドルモータに機械的に結合された復原要素および減衰
要素よりなる支持機構とを備え、支持機構による支持力
はワークへのドリルの接触時に接触圧の反力を受けてス
ピンドルモータが基準方向に平行移動する変位を許し、
かつ変位に振動が生じない程度に設定されて成ることを
特徴とする穴加工装置。
【請求項１７】ワークとの距離を小さくする向きに移
動するハウジングと、ドリルと平行な回転軸を有しドリ
ルを回転駆動するスピンドルモータと、ハウジングの移
動方向である基準方向に対してスピンドルモータが傾斜
可能となるように基準方向に直交する面内でスピンドル
モータに吸引力を作用させるようにスピンドルモータの
回転軸の周方向に離間して配設された３個以上の電磁石
と、基準方向に対するスピンドルモータの回転軸の傾斜
を検出する変位センサと、変位センサの出力に基づいて
スピンドルモータを所定位置に保持するように電磁石に
よるスピンドルモータの移動量をフィードバック制御す
る制御手段とを備え、制御手段は、電磁石への通電電流
の変化に基づいて基準方向に直交する面内でドリルに作
用する外力の分力の変化を検出し、この分力が小さくな
る向きに電磁石への通電電流を制御してスピンドルモー
タの位置を調節することを特徴とする穴加工装置。