JP3728335B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械特にフライス盤に関するものであって、カード状のプラスチック板に、電子チップを収容するため基準寸法を有していなければならない凹陥部をフライス加工するのに特に適するフライス盤を提供するものである。かかる凹陥部は高い寸法精度を有していなければならない。この機械は、同時に、チップカードの生産の他の部署の加工にも適する高い生産性を有していなければならないが、本発明に係る工作機械は、かかる用途に限定されるものではない。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、加速及び減速可能な小型の工作機械を提供することにある。本発明の他の目的は、加工工具が限定された位置に正しく休止し得る工作機械を提供することにある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
これらの目的を達成するため、本発明による工作機械は、スピンドルヘッドに回転可能に軸受けされた少なくとも１つの主スピンドルを含んでいる。スピンドルヘッドは、３つの直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向へ変位可能であり、且つスピンドル軸はＺ軸方向へ延びている。スピンドルはフライス工具をくわえるためのチャックを担持している。固定フレームはスピンドルヘッドからＺ方向に隔置されたスピンドル駆動モーターを支持している。更に本工作機械は、上記のスピンドルヘッドを上記固定フレーム上に支持させるための手段を含んでいる。上記固定フレームに吊された基板は、該基板に対してＸ及びＹ方向へ変位可能に案内されるスピンドルヘッドと一緒に、Ｚ方向へ変位し得る。
【０００４】
【発明の実施の形態】
以下、図示した一実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
先ず図１において、支持板１０は、図面には１本だけが示されている多数の柱１２を担持している。この柱１２は頂板１４を担持している。支持板１０と柱１２と頂板１４は固定フレームを構成している。頂板１４上にはスピンドル駆動モーター１６が装着されている。このスピンドル駆動モーター１６の出力軸１８は後述する方法で主スピンドルに連結されている。更に、頂板１４は６個の軸受けブロック２０を支持している。各軸受けブロック２０にはねじナット２２が軸支され且つ回転可能に受容されている。各ナット２２はピニオン２４を有しており、歯付きベルト２３が、これらのピニオン２４の総てに、同じ感じで且つＺ−モーター２６により同一速度で回転するように連結されている。
【０００５】
ナット２２の各々には、回転しないねじシャフトが螺合されている。符号２８で指示された３本のねじシャフトは基板３０上に植設されており、符号３２で指示された他の３本のねじシャフト部３２は可撓桿３４に夫々結合されている。可撓桿３４の各他端はスピンドルヘッド３６に夫々固着されている。
【０００６】
可撓桿３４はスピンドルヘッド３６の重量を支持することが主目的で、スピンドルヘッド３６のＸ及びＹ方向への変位駆動の際の加速及び減速に寄与する復元力を提供するのにも役立つ。図中、Ｘ，Ｙ及びＺ方向は夫々矢印で示されている。３本の可撓桿３４はスピンドルヘッド３６の水平面上の３点を限定するために設けられている。スピンドルヘッド３６は後述する方法で回転し得ないように保持されている。可撓桿３４は当業者間に知られている他の手段、例えば、ボールベアリングにより支持されたクロステーブルにより置換されてもよい。
【０００７】
スピンドルヘッド３６は少なくとも１つの主スピンドルを支持している。図示の実施例では、符号４０で指示された同一設計の４本の主スピンドルが設けられている。スピンドルヘッドにより支持される主スピンドルの数は４本よりも少なくても多くてもよいが、主スピンドルは総てギヤーにより互いに連結されている。
【０００８】
各主スピンドル４０はベアリングスリーブ４２を含んでいて、スピンドルシャフト４８は図３に示された如くローラーベアリング４４，４６により軸受けされている。スピンドルシャフト４８の下端には工具５２例えば単一歯のフライス工具をくわえるためのチャック５０が装着されている。スピンドルシャフト４８の上端にはピニオン５４が取付けられている。４個のピニオン５４は共通の駆動歯輪即ち駆動ギヤー５６に噛合している。ピニオン５４と駆動ギヤー５６の材質は潤滑剤を殆ど必要としないか又は全く必要としないように選定されている。例えば、スチールのピニオンの場合にはプラスチックギヤーが組み合わされる。これは伝達されるトルクが小さい本実施例には当てはまるが、何れにしても、加工片の汚染の危険は総ゆる状況の下で回避されなければならない。
【０００９】
駆動ギヤー５６は主スピンドル駆動モーター１６によりその出力軸１８を介して駆動される。この出力軸１８は一般に「可撓軸」として設計される。その理由は、出力軸１８の下端が駆動ギヤー５６に結合されて、その上端が動かない状態でも下端がＸ方向とＹ方向への変位に追従し得なければならないからである。「可撓」という用語は、物理的には湾曲することを意味するが、作用上両軸端が一線に揃わない軸、例えば、自由接手軸をも許容する公知の総ゆる形式の軸を含むものとする。どのような設計の可撓軸を選択するかは、意図する機械の用途特に伝達されるべきトルクに依存する。
【００１０】
スピンドルヘッド３６はＹ軸と平行な１対の第１の側板６０を担持しており、また第１の円柱状案内桿６２はこれらの側板６０間に延びている。この案内桿６２上には、図示しないローラーベアリングを介して連結部材６４が摺動可能に装架されている。この連結部材６４は、更に、好ましくはボール軸であるウォーム６６と協働する図示しないウォームホイールによってＸ方向へも変位し得るように構成されている。この２本のウォーム６６はＸ−モーター６８によりその出力ピニオン７０，歯付きベルト７２及びギヤー７４を介して等角度回転せしめられる。この組立体はスピンドルヘッド３６を軸方向へ案内し、Ｚ軸の周りの回転を阻止する。
【００１１】
同様に、Ｙ方向への変位は次のようにして行われる。即ち、この目的のために、一対の側板６０ａ，案内桿６２ａ，連結部材６４ａ（ここでは１個だけ必要である）と関連するウォーム６６ａ，Ｙ−モーター６８ａ，ピニオン７０ａ，歯付きベルト７２ａ及びギヤー７４ａが設けられている。Ｘ−モーター６８，Ｙ−モーター６８ａ及びＺ−モーター２６はＣＮＣ制御され得るが、これによると加工速度が抑制される。プラスチック板に電子チップ収容用の凹陥部をフライス加工する場合のように常に形状が同じ場合には、リミットスイッチと組み合わせてカムフォロワーと協働する案内カーブ又は案内カムを使用することにより、制御を容易にすることは可能である。
【００１２】
スピンドルヘッド３６は上板８０と下板８２を含んでいる。この上板８０と下板８２は主スピンドル４０の１つを受容する一線に揃った孔を夫々有している。主スピンドル４０の軸受けスリーブ４２は、上記孔に摺動可能に嵌装されていて、そのＺ方向の位置が調節され得るようになっている。従って、ピニオン５４の軸方向寸法は、高さ調節の範囲を限定する駆動ギヤー５６の軸方向寸法よりも大きい。使用中、軸受スリーブ４２は軸方向には固定されていなければならないことは言うまでもない。この目的のために、作動時スピンドルヘッド３６の上板８０と下板８２に対して主スピンドルの１つを押し付けるクランプレバー８６にそのピストンロッドが連結されている空気シリンダー８４を含む、クランプ装置が設けられている。
【００１３】
例えば、工具が主スピンドルが交換される場合には、基板３０が、ねじシャフト２８により案内柱８８に沿って、可撓桿３４のねじシャフト部３２を介して駆動されるスピンドルヘッド３６と共に、持ち上げられる。次に、主スピンドル４０は釈放されてパネル９０及び９２と共に下方へ移動せしめられ、分解されて、取り外される。この構成は機械を簡単に組み立てることを可能にする。本実施例におけるように、４つの凹陥部が４枚のプラスチック板に同時にスライス加工される場合には、先ず４本の単一歯のフライス工具が各主スピンドルのチャックに取付けられる。そして軸受けスリーブ４２が釈放され、スピンドルヘッド３６が、４本のフライス工具の総てがプラスチック板の表面に接するまで、下げられる。次に、軸受けスリーブ４２がクランプ装置によりクランプされ、そしてプラスチック板の表面を基準面としてスピンドルシャフト４８のＺ軸方向への変位が行われる。
【００１４】
可撓桿３４の存在により、Ｘ及びＹ方向への変位に際しＺ方向（上方）への変位も生じるであろうことは、理解されるであろう。プラスチック板に凹陥部をフライス加工する場合、凹陥部内に電子チップを固定するのに用いられる膠は内方へ流れるので、このＺ方向へ変位することが欠点にはならない。然しながら、他に適用する場合には、かかるＺ方向への変位による誤差はＺ方向とは反対方向に制御される変位により補正されなければならないし、その寸法は実験により求められるか或は計算により求められる。
【００１５】
上述の如く、本工作機械の使用に当っては、機械と加工片の汚染を回避することが最も重要なことである。とくに、切削の切れ端が加工片と一緒に機械から搬出されないように注意が払われなければならない。この目的のために独特の吸引装置が設けられている。
【００１６】
工具５２の主軸は、保護パネル９０の小さい孔と保護パネル９０の下側にある案内パネル９２の比較的大きい孔とを貫通して延びている。この２つのパネルの間に画成された空洞９４は一端（図３において左端）が閉じられていて、他端から矢印９６により表示される送風装置によって圧縮空気が吹き込まれる。この圧縮空気は、パネル９２の孔を通過して、機械と加工片を冷却する。案内パネル９２の下側の空間９９は真空源に対向する送風装置９６の出口９８に接続されている。案内パネル９２は、空間９９の入口１００が出口９８よりも流入断面が小さくなるように、厚さが徐々に薄くされている。その結果、入口１００から出口９８に向って圧力勾配があり、矢印によって示された方向にのみ空気流ができて総ての切り屑が除去されるようになっている。
【００１７】
図１にはプラスチック板ウエブ３８が示されているが、このウエブ３８は冷却された吸引板５８によってフライス加工される位置に保持され、図示しない整列ピンにより位置決めされるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工作機械の一実施例の斜視図である。
【図２】図３のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図３】図２のＥ−Ｆ−Ｇ−Ｊ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０ 支持板
１２ 柱
１４ 頂板
１６ スピンドル駆動モーター
１８ モーター出力軸
２０ 軸受けブロック
２２ ナット
２３，７２，７２ａ 歯付きベルト
２４，５４ ピニオン
２６ Ｚ−モーター
２８ ねじシャフト
３０ 基板
３２ ねじシャフト部
３４ 可撓桿
３６ スピンドルヘッド
３８ プラスチック板ウエブ
４０ 主スピンドル
４２ 軸受けスリーブ
４４，４６ ローラーベアリング
４８ スピンドルシャフト
５０ チャック
５２ 工具
５６ 駆動ギヤー
５８ 吸引板
６０，６０ａ 側板
６２，６２ａ 案内桿
６４，６４ａ 連結部材
６６，６６ａ ウォーム
６８ Ｘ−モーター
６８ａ Ｙ−モーター
７０，７０ａ 出力ピニオン
７４，７４ａ ギヤー
８０ 上板
８２ 下板
８４ 空気シリンダー
８６ クランプレバー
８８ 案内柱
９０，９２ パネル
９４ 空洞
９６ 送風装置
９８ 吸引出口
９９ 空間
１００ 入口

Claims (18)

1. 直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に変位可能なスピンドルヘッドに、回転可能に軸受けされた少なくとも１つの主スピンドルと、
   前記スピンドルヘッドからＺ方向に隔置されたスピンドル駆動モーターを支持する固定フレームと、
   前記固定フレームに前記スピンドルヘッドを支持させるための手段と、
   前記固定フレームに吊された基板と、
   を含んでいて、
   スピンドル軸はＺ方向に延びていて、前記スピンドルはフライス工具をくわえるためのチャックを担持しており、
   前記基板と前記スピンドルヘッドはＺ方向に一緒に変位可能であり、前記スピンドルヘッドは前記基板に対してＸ及びＹ方向に変位し得るように案内されている、工作機械。
2. 前記手段はＺ方向に延びた少なくとも３つの可撓桿を含み、前記スピンドルヘッドは前記可撓桿により前記フレーム上に吊されている、請求項１に記載の工作機械。
3. 前記基板は前記スピンドルヘッドをＸ及びＹ方向へ夫々変位させるための駆動モーターを支持している、請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記スピンドル駆動モーターは可撓シャフトを介して前記スピンドルに連結されている、請求項１又は２に記載の工作機械。
5. 複数の主スピンドルは前記スピンドルヘッドに配置されており、単一のスピンドル駆動モーターが総てのスピンドルに連結されている、請求項１又は２に記載の工作機械。
6. 前記スピンドルヘッドと前記基板はねじシャフトを介してＺ方向に一緒に変位可能である、請求項１又は２に記載の工作機械。
7. 前記可撓桿には前記基板と前記スピンドルヘッドとの一緒の変位を可能にするようにねじが刻設されている、請求項２に記載の工作機械。
8. 総てのねじシャフトに連結された単一のＺ−変位モーターを含んでいる、請求項６に記載の工作機械。
9. 総ての前記可撓桿に連結された単一のＺ−変位モーターを含んでいる、請求項７に記載の工作機械。
10. 前記基板は３本のねじシャフトにより前記フレームに吊されている、請求項６に記載の工作機械。
11. 前記の各主スピンドルは該スピンドルを回転可能に受容する軸受けスリーブを含んでおり、該軸受けスリーブは前記スピンドルヘッドに取り外し可能に締結されていて且つＺ方向に移動させることにより取り外しできるようになっている、請求項１に記載の工作機械。
12. 前記スピンドルヘッドは案内カーブ又は案内カムに沿ってＸ及びＹ方向へ変位し得るようになっている、請求項１に記載の工作機械。
13. Ｘ方向の変位からＹ方向の変位へ及びＹ方向の変位からＸ方向の変位への転換を制御するリミットスイッチを含んでいる、請求項１２に記載の工作機械。
14. 前記基板の下側空間に取付けられた切り屑吸引装置を含んでいる、請求項１に記載の工作機械。
15. 前記切り屑吸引装置は、
    前記スピンドルの下側に配置されていて且つ工具軸が貫通し得る比較的小さい孔を有する保護パネルと、
    前記保護パネルの下側に配置されていて且つ工具軸のための比較的大きい孔を有する案内パネルと、
    入口から前記保護パネルと前記案内パネルとの間の空間内へ冷却空気を供給するための送風装置と、
    前記案内パネルの下側に配置されていて前記冷却空気の入口に対向し且つ真空源に接続された吸引出口と、
    を含んでいる請求項１４に記載の工作機械。
16. 各スピンドルチャックはプラスチック板に電子チップを受容する凹陥部を切削するための工具をくわえるようになっている、請求項１に記載の工作機械。
17. 軸受けスリーブに夫々軸受けされた複数のスピンドルを含み、前記各軸受けスリーブはＺ方向に変位可能なように前記スピンドルヘッドに取り外し可能に結合されている、請求項１６に記載の工作機械。
18. スピンドルヘッドを持ち上げるステップと、
    軸受けスリーブを取り外すステップと、
    総ての工具が凹陥部の形成されるべきプラスチック板上に乗るまでスピンドルヘッドを下げ、前記プラスチック板の上面を凹陥部の深さのための基準面とするステップと、
    前記軸受けスリーブをスピンドルヘッドに結合するステップと、
    を含む、請求項１に記載の工作機械を用意し且つ調整する方法。

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