JP4658829B2 - スピンドルモータ及び穿孔加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルモータ及び穿孔加工装置に関する。

図１０は、従来の穿孔加工装置９００を説明するために示す図である。図１０（ａ）は穿孔加工装置９００の全体構成を示す図であり、図１０（ｂ）は穿孔加工装置９００の回転変形部９２５を示す図であり、図１０（ｃ）は穿孔加工装置９００の回転負荷検出手段９５４を示す図である。

従来の穿孔加工装置９００は、図１０に示すように、穿孔工具Ｄを回転させる回転駆動装置９２０と、穿孔工具Ｄを所定方向に送る送り駆動装置９１０と、回転駆動装置９２０の駆動力を伝達する回転伝達経路途中（回転駆動軸９２４とスピンドル９１７との間）に配置され、回転方向に捩れ変形可能な回転変形部９２５（図１０（ｂ）参照。）と、回転変形部９２５の前後における回転位相のずれに基づいて回転負荷を光学的に検出する回転負荷検出装置９５０（回転状態検出手段９５２及び回転状態検出手段９５４（図１０（ａ）及び図１０（ｃ）参照。））と、送り駆動手段９１０による駆動力を伝達する送り伝達経路途中に配置され、送り方向に変形可能な送り変形部９４８と、送り変形部９４８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歪センサ９４９とを有している。そして、回転負荷検出装置９５０により検出された回転負荷と、歪センサ９４９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超えた場合に、穿孔工具Ｄの送り動作を中断するように構成されている。従来の穿孔加工装置９００においては、回転変形部９２５は、図１０（ｂ）に示すように、回転方向に大きな捩れ変形が可能な帯状片からなる。

このため、従来の穿孔加工装置９００によれば、回転変形部９２５の捩れ変形と送り変形部９４８の撓み変形とに基づいて回転負荷と送り負荷とを検出することが可能となる。このため、穿孔工具の破損を的確に予測することにより穿孔工具Ｄの折損をより確実に防止することが可能となり、信頼性が高く、かつ、効率的な穿孔加工を実現することが可能となる。

また、従来の穿孔加工装置９００によれば、回転変形部９２５が上記したように回転方向に大きな捩れ変形が可能な帯状片からなるため、高感度の捩れ変形特性を得ることが可能となり、回転負荷を高精度で検出することが可能となる。

特開２００１−３４１０１４号公報

ところで、様々な分野で、従来よりもさらに微細な穴（例えば、内径３０μｍ以下。）を形成することのできる穿孔加工装置が求められている。このためには、回転負荷を従来よりも高感度で検出することが必要である。

しかしながら、従来の穿孔加工装置９００において、回転負荷を従来よりも高感度で検出するためには、帯状片の厚さを薄くして帯状片の捩れ変形量を大きくする必要があるが、帯状片の厚さを薄くすると帯状片の剛性が低下するため、同じ穿孔加工装置を用いて比較的大きな穴（例えば、５００μｍ以上。）を形成することが困難となる。

すなわち、従来の穿孔加工装置９００においては、回転負荷を従来よりも高感度で検出して従来よりも微細な穴を形成することができる反面、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲の穴を形成することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、穿孔加工装置に用いた場合に、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲の穴を形成することが可能なスピンドルモータを提供することを目的とする。また、そのように優れたスピンドルモータを有する穿孔加工装置を提供することを目的とする。

（１）本発明のスピンドルモータは、筒状筐体と、前記筒状筐体内で回転可能なモータと、前記筒状筐体内で前記モータと一体になって回転可能な基端側回転体と、前記筒状筐体内で前記基端側回転体とともに回転可能な先端側回転体と、前記先端側回転体と一体になって回転可能な穿孔工具把持部と、前記基端側回転体と前記先端側回転体との間の回転力伝達経路途中に配設され、回転方向に沿って捩れ変形可能な部材からなり、前記基端側回転体の回転力を前記先端側回転体に伝達する回転力伝達棒と、前記回転力伝達棒の捩れ変形に基づいて前記基端側回転体に対する前記先端側回転体の回転負荷を検出する回転負荷検出装置とを有することを特徴とする。

このため、本発明のスピンドルモータによれば、基端側回転体の回転力を先端側回転体に伝達するのに回転力伝達棒を用いているため、回転負荷を従来よりも高感度で検出するために回転力伝達棒の太さを比較的細くしたとしても、従来のように帯状片の厚さを薄くするのに比較すると、回転力伝達棒の剛性の低下を十分に抑制することが可能となる。その結果、本発明のスピンドルモータによれば、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲（例えば、３０μｍ〜５００μｍ。）の穴を形成することが可能となる。

また、本発明のスピンドルモータによれば、上記したように、回転力伝達棒の太さを比較的細くしたとしても、回転力伝達棒の剛性の低下を十分に抑制することが可能となるため、穴を高速かつ高精度で形成することが可能となる。

本発明のスピンドルモータにおいては、回転力伝達棒の断面形状は、円又は正多角形（正三角形、正方形、正五角形、正六角形、正八角形等）であることが好ましい。回転力伝達棒の断面形状がこれらの形状である場合には、回転力伝達棒の太さを比較的細くしても剛性が低下しにくいからである。

本発明のスピンドルモータにおいては、回転力伝達棒は、基端側回転体と先端側回転体との間に直接配設されていてもよいし、基端側回転体と先端側回転体との間に他の部材を介して間接的に配設されていてもよい。

（２）本発明のスピンドルモータにおいては、前記回転力伝達棒は、前記基端側回転体と前記先端側回転体との間に機械的遊びの無い状態で配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、高速で穿孔加工を行う場合であっても、望ましくない振動の発生を抑制することが可能になる。その結果、従来よりも高速でモータを回転させる場合であっても、安定した回転状態を維持できるようになり、結果として従来の穿孔加工装置よりも高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

（３）本発明のスピンドルモータにおいては、前記基端側回転体は、先端側に円柱状の空洞部が形成され、前記先端側回転体は、前記空洞部内で前記基端側回転体とともに回転可能に構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、先端側回転体は基端側回転体とともに安定して回転するようになる。その結果、従来よりも高速でモータを回転させる場合であっても、安定した回転状態を維持できるようになり、結果として従来の穿孔加工装置よりも高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

また、上記のように構成することにより、先端側回転体の慣性モーメントを小さくすることが可能となる。このため、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、従来の穿孔加工装置よりも微細な穴（例えば、内径３０μｍ以下。）を形成することが可能となる。

また、上記のように構成することにより、先端側回転体と基端側回転体とが一体化された、より小型のスピンドルモータを構成することが可能となる。

（４）本発明のスピンドルモータにおいては、前記基端側回転体における前記先端側回転体との対向面には、第１の空気静圧軸受が配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、基端側回転体に対する先端側回転体の回転抵抗を極めて小さなレベルにまで低減することで、回転負荷の値が変化するのに応じて基端側回転体と先端側回転体との間の回転位相差が変化し易くなる。このため、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、従来の穿孔加工装置よりも微細な穴（例えば、内径３０μｍ以下。）を形成することが可能となる。

第１の空気静圧軸受としては、多孔質絞り、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞りなどからなる空気静圧軸受を用いることができるが、軸受内部に空気を均一に供給することができ剛性が高く負荷容量の高い多孔質絞りからなる空気静圧軸受を特に好適に用いることができる。

（５）本発明のスピンドルモータにおいては、前記筒状筐体における前記基端側回転体との対向面には、第２の空気静圧軸受が配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、筒状筐体に対する基端側回転体の回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

第２の空気静圧軸受としても、第１の空気静圧軸受の場合と同様に、多孔質絞り、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞りなどからなる空気静圧軸受を用いることができるが、軸受内部に空気を均一に供給することができ剛性が高く負荷容量の高い多孔質絞りからなる空気静圧軸受を特に好適に用いることができる。

（６）本発明のスピンドルモータにおいては、前記回転負荷検出装置は、前記基端側回転体に対する前記先端側回転体の回転負荷を非接触で検出することが好ましい。

このように構成することにより、回転負荷を非接触で検出することが可能となるため、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、微細な穴を形成することが可能となる。また、回転負荷の検出を行うことに起因する回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

この場合、回転負荷検出装置は、前記基端側回転体と前記先端側回転体との間の回転方向に沿った位相差によって変化する静電容量を測定する静電容量センサからなることが好ましい。

このように構成することにより、回転負荷検出装置は静電容量を測定することにより回転負荷を検出するため、回転力伝達棒の太さを比較的太くしても、高感度で回転負荷を検出することが可能となり、その結果、微細な穴から比較的大きな穴までのさらに比較的広い範囲の穴を形成することが可能となる。

また、この場合、基端側回転体の先端側には円柱状の空洞部が形成され、当該空洞部内で先端側回転体が基端側回転体とともに回転可能に構成されている場合には、基端側回転体に対する先端側回転体の相対的な回転量は極めて僅か（位相差が生じる程度で実際には回転しないと考えてもよいレベル。）であるため、空気の粘性による回転抵抗も極めて僅かなものになり、回転負荷を高精度かつ高感度で検出することが可能になる。

（７）本発明のスピンドルモータにおいては、前記回転負荷検出装置に対して非接触でエネルギーを供給するエネルギー供給手段をさらに有し、前記回転負荷検出装置は、前記エネルギー供給手段から供給されたエネルギーを用いて回転負荷を検出することが好ましい。

このように構成することにより、回転負荷検出装置に電力を供給するための配線の引き回しが不要になり、スピンドルモータの構造を単純なものにすることが可能となる。

この場合、前記エネルギー供給手段として、前記筒状筐体内に配設され、前記モータの回転とともに回転する太陽電池と、前記筒状筐体の外から前記太陽電池に向けて光を供給する光ファイバとを有するエネルギー供給手段を好適に用いることができる。

（８）本発明のスピンドルモータにおいては、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を検出する送り負荷検出装置をさらに有することが好ましい。

このように構成することにより、本発明のスピンドルモータを用いて穿孔加工装置を構成する場合に送り負荷検出装置を別途設ける必要がなくなるため、穿孔加工装置の構成を簡易なものにして穿孔加工装置を小型化することが可能となる。また、穿孔加工装置を使用する際の作業性やメンテナンス性が向上する。

（９）本発明のスピンドルモータにおいては、前記送り負荷検出装置は、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を受けて送り方向に沿って撓み変形可能な撓み変形部分と、前記撓み変形部分の撓み変形に基づいて送り負荷を検出する歪センサとからなることが好ましい。

このように構成することにより、撓み変形部分の撓み変形を歪センサにより簡易に検出することが可能となる。歪センサとしては、電気抵抗変化を用いて歪を検出する歪センサ、圧電効果を用いて歪を検出する歪センサ又は静電容量を用いて歪を検出する歪センサを好適に用いることができる。

（１０）本発明のスピンドルモータにおいては、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を前記撓み変形部分に伝達する送り負荷伝達部材をさらに有し、前記基端側回転体は、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を前記送り負荷伝達部材に伝達する鍔部を有し、前記送り負荷伝達部材における前記鍔部との対向面には、第３の空気静圧軸受が配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、送り負荷の検出を行うことに起因する回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

この場合、前記鍔部は、先端側で前記筒状筐体とも対向していることが好ましく、また、この場合、前記筒状筐体における鍔部との対向面には、第４の空気静圧軸受が配設されていることが好ましい。

このように構成することにより、基端側回転体は、鍔部に案内されて、筒状筐体内における送り方向に沿った所定位置で安定した回転状態を維持することが可能となる。

なお、第３の空気静圧軸受又は第４の空気静圧軸受としては、第１の空気静圧軸受や第２の空気静圧軸受の場合と同様に、多孔質絞り、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞りなどからなる空気静圧軸受を用いることができるが、軸受内部に空気を均一に供給することができ剛性が高く負荷容量の高い多孔質絞りからなる空気静圧軸受を特に好適に用いることができる。

（１１）本発明のスピンドルモータにおいては、前記送り負荷に対抗して前記基端側回転体を先端側に向けて押圧する押圧装置をさらに有することが好ましい。

このように構成することにより、送り負荷を受けて撓み変形部分が撓み変形するのに対抗して基端側回転体を先端側に向けて押圧することで、送り負荷を高感度で検出するために撓み変形部分を薄くしたとしてもその撓み変形部分の剛性の不足を補うことが可能となる。

（１２）本発明の穿孔加工装置は、本発明における上記（１）〜（７）のいずれかに記載のスピンドルモータと、所定の送り動作によって前記スピンドルモータを送り方向に沿って移動させる送り駆動装置と、穿孔加工対象物品を把持する穿孔加工対象物品把持部とを有することを特徴とする。

このため、本発明の穿孔加工装置によれば、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲の穴を形成することが可能なスピンドルモータを用いているため、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲の穴を形成することが可能な穿孔加工装置となる。また、穴を高速かつ高精度で形成することが可能な穿孔加工装置となる。

（１３）本発明の穿孔加工装置は、本発明における上記（８）〜（１１）のいずれかに記載のスピンドルモータと、所定の送り動作によって前記スピンドルモータを送り方向に沿って移動させる送り駆動装置と、穿孔加工対象物品を把持する穿孔加工対象物品把持部とを有することを特徴とする。

このため、本発明の穿孔加工装置によれば、上記（１２）に記載の穿孔加工装置が有する効果に加えて、以下の効果を有する。すなわち、スピンドルモータとは別に送り負荷検出装置を設ける必要がなくなるため、穿孔加工装置の構成を簡易なものにして穿孔加工装置を小型化することが可能となる。また、穿孔加工装置を使用する際の作業性やメンテナンス性が向上する。

（１４）本発明の穿孔加工装置（上記（１３）に記載の穿孔加工装置）においては、前記回転負荷検出装置により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出装置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超えた場合に、前記所定の送り動作を中断するように構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、回転力伝達棒の捩れ変形と撓み変形部材の撓み変形とに基づいて回転負荷と送り負荷とを精度良く検出することが可能となるため、穿孔工具の破損を的確に予測することにより穿孔工具の折損をより確実に防止することが可能となり、信頼性が高く、かつ、効率的な穿孔加工を実現することが可能となる。

本発明の穿孔加工装置においては、前記負荷データが前記負荷限界値を超えた場合に、前記所定の送り動作を中断するとともに前記所定の送り動作についての送り方向とは逆方向に所定量だけ前記スピンドルモータを戻し、その後、前記所定の送り動作を中断したときの送り位置よりも所定量手前まで前記スピンドルモータを高速で送り、さらにその後、所定の送り動作を行うように構成されていることが好ましい。

このように構成することにより、穿孔加工再開までにおける穿孔工具の破損事故を防止しながら、穿孔作業の中断時間を短縮化して穿孔加工の生産性を向上することが可能となる。

以下、本発明のスピンドルモータ及び穿孔加工装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。

［実施形態１］
実施形態１は、本発明のスピンドルモータを説明するための実施形態である。

図１は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００を説明するために示す図である。図１（ａ）はスピンドルモータ１００を示す斜視図であり、図１（ｂ）はスピンドルモータ１００における先端側回転体１４０及び穿孔工具把持部１５０を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００の縦断面図である。図３は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００の要部を拡大した縦断面図である。図３（ａ）は図２の要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は回転力伝達棒１６０をさらに拡大した図である。図４は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００における回転負荷検出装置１６６を説明するために示す図である。図５は、実施形態１に係るスピンドルモータ１００における送り負荷検出装置１８６を説明するために示す図である。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、図１に示すように、概略円筒状のスピンドルモータであって、穿孔加工装置（後述する実施形態２の図６参照。）に用いるためのスピンドルモータである。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、図１〜図５に示すように、筒状筐体１１０と、筒状筐体１１０内で回転可能なモータ１２０と、筒状筐体１１０内でモータ１２０と一体になって回転可能な基端側回転体１３０と、筒状筐体内１１０で基端側回転体１３０とともに回転可能な先端側回転体１４０と、先端側回転体１４０と一体になって回転可能な穿孔工具把持部１５０と、基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間の回転力伝達経路途中に配設され、回転方向に沿って捩れ変形可能な部材からなり、基端側回転体１３０の回転力を先端側回転体１４０に伝達する回転力伝達棒１６０と、回転力伝達棒１６０の捩れ変形に基づいて基端側回転体１３０に対する先端側回転体１４０の回転負荷を検出する回転負荷検出装置１６６とを有する。

なお、筒状筐体１１０、モータ１２０、基端側回転体１３０、先端側回転体１４０、穿孔工具把持部１５０、回転負荷検出装置１６６などは、単一の部材からなっていてもよいし、複数の部材からなっていてもよい。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転力伝達棒１６０は、回転方向に沿って捩れ変形可能な部材としての金属（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、弾性降伏点の高い金属。）製の丸棒（例えば外径１．０ｍｍ。）からなる。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転力伝達棒１６０は、基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間に機械的遊びの無い状態で配設されている。具体的には、回転力伝達棒１６０は、図３に示すように、その両端部１６４，１６４で、基端側回転体１３０に一体に固定された基端側固定部材１３２と、先端側回転体１４０に一体に固定された先端側固定部材１４２とに一体に固定されている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、図２及び図３（ａ）に示すように、基端側回転体１３０は、先端側（穿孔工具把持部１５０側）に円柱状の空洞部が形成され、先端側回転体１４０は、当該空洞部内で基端側回転体１３０とともに回転可能に構成されている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、図３（ａ）に示すように、基端側回転体１３０における先端側回転体１４０との対向面には、多孔質絞りからなる第１の空気静圧軸受１３４が配設されている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、図３（ａ）に示すように、筒状筐体１１０における基端側回転体１３０との対向面には、多孔質絞りからなる第２の空気静圧軸受１１２が配設されている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転負荷検出装置１６６は、基端側回転体１３０に対する先端側回転体１４０の回転負荷を非接触で検出する。具体的には、回転負荷検出装置１６６は、図４に示すように、基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間の回転方向に沿った位相差によって変化する静電容量を測定する静電容量センサからなる。静電容量センサは、基端側回転体１３０における所定位置に形成された基端側電極１６８と、先端側回転体１４０における所定位置に形成された先端側電極１７０との間の間隔によって変化する静電容量を検出する。基端側電極１６８及び先端側電極１７０は、例えば位相差がないときに１０μｍ以下の間隔となるように配置する。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転負荷検出装置１６６に対して非接触でエネルギーを供給するエネルギー供給手段をさらに有し、回転負荷検出装置１６６は、エネルギー供給手段から供給されたエネルギーを用いて回転負荷を検出する。具体的には、図２及び図３（ａ）に示すように、エネルギー供給手段として、筒状筐体１１０内に配設され、モータ１２０の回転とともに回転する太陽電池２００と、筒状筐体１１０の外から太陽電池２００に向けて光を供給する光ファイバ２０２とを有するエネルギー供給手段を用いている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、図２及び図３（ａ）に示すように、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を検出する送り負荷検出装置１８６をさらに有する。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、送り負荷検出装置１８６は、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を受けて送り方向に沿って撓み変形可能な撓み変形部分１８２（撓み変形部材１８０の内周部（図３（ａ）及び図５参照。））と、撓み変形部分１８２の撓み変形に基づいて送り負荷を検出する半導体歪センサ１８４とからなる。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、図３（ａ）に示すように、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を撓み変形部分１８２に伝達する送り負荷伝達部材１８８をさらに有する。基端側回転体１３０は、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を送り負荷伝達部材１８８に伝達する鍔部１３６を有する。送り負荷伝達部材１８８における鍔部１３６との対向面には、多孔質絞りからなる第３の空気静圧軸受１９０が配設されている。

この場合、鍔部１３６は、図３（ａ）に示すように、先端側で筒状筐体１１０とも対向している。また、筒状筐体１１０における鍔部１３６との対向面には、多孔質絞りからなる第４の空気静圧軸受１１４が配設されている。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、図２に示すように、送り負荷に対抗して基端側回転体１３０を先端側に向けて押圧する押圧装置２１０をさらに有する。

以上のように構成された実施形態１に係るスピンドルモータ１００によれば、基端側回転体１３０の回転力を先端側回転体１４０に伝達するのに回転力伝達棒１６０を用いているため、回転負荷を従来よりも高感度で検出するために回転力伝達棒１６０の太さを比較的細くしたとしても、従来のように帯状片の厚さを薄くするのに比較すると、回転力伝達棒１６０の剛性の低下を十分に抑制することが可能となる。その結果、実施形態１に係るスピンドルモータ１００によれば、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲（例えば、３０μｍ〜５００μｍ。）の穴を形成することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００によれば、上記したように、回転力伝達棒１６０の太さを比較的細くしたとしても、回転力伝達棒１６０の剛性の低下を十分に抑制することが可能となるため、穴を高速かつ高精度で形成することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転力伝達棒１６０の断面形状が円であるため、回転力伝達棒１６０の太さを比較的細くしても剛性が低下しにくい。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転力伝達棒１６０は基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間に機械的遊びの無い状態で配設されているため、高速で穿孔加工を行った場合であっても、望ましくない振動の発生を抑制することが可能になる。その結果、従来よりも高速でモータを回転させる場合であっても、安定した回転状態を維持できるようになり、結果として従来の穿孔加工装置よりも高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、基端側回転体１３０は、先端側に円柱状の空洞部が形成され、先端側回転体１４０は、空洞部内で基端側回転体１３０とともに回転可能に構成されているため、先端側回転体１４０は基端側回転体１３０とともに安定して回転するようになる。その結果、従来よりも高速でモータを回転させる場合であっても、安定した回転状態を維持できるようになり、結果として従来の穿孔加工装置よりも高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。また、先端側回転体１４０の慣性モーメントを小さくすることが可能となるため、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、従来の穿孔加工装置よりも微細な穴（例えば、内径３０μｍ以下。）を形成することが可能となる。さらにまた、先端側回転体１４０と基端側回転体１３０とが一体化された、より小型のスピンドルモータを構成することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、基端側回転体１３０における先端側回転体１４０との対向面には、多孔質絞りからなる第１の空気静圧軸受１３４が配設されているため、基端側回転体１３０に対する先端側回転体１４０の回転抵抗を極めて小さなレベルにまで低減することで、回転負荷の値が変化するのに応じて基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間の回転位相差が変化し易くなるため、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、従来の穿孔加工装置よりも微細な穴（例えば、内径３０μｍ以下。）を形成することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、筒状筐体１１０における基端側回転体１３０との対向面には、多孔質絞りからなる第２の空気静圧軸受１１２が配設されているため、筒状筐体１１０に対する基端側回転体１３０の回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転負荷検出装置１６６は、基端側回転体１３０と先端側回転体１４０との間の回転方向に沿った位相差によって変化する静電容量を測定する静電容量センサからなるため、回転負荷を非接触で検出することが可能となる。その結果、回転負荷をさらに高感度で検出することが可能となり、微細な穴を形成することが可能となる。また、回転負荷の検出を行うことに起因する回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。また、回転力伝達棒１６０の太さを比較的太くしても、高感度で回転負荷を検出することが可能となり、その結果、微細な穴から比較的大きな穴までのさらに比較的広い範囲の穴を形成することが可能となる。また、基端側回転体１３０に対する先端側回転体１４０の相対的な回転量は極めて僅か（位相差が生じる程度で実際には回転しないと考えてもよいレベル。）であるため、空気の粘性による回転抵抗も極めて僅かなものになり、回転負荷を高精度かつ高感度で検出することが可能になる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転負荷検出装置１６６に対して非接触でエネルギーを供給するエネルギー供給手段を有し、このエネルギー供給手段として、筒状筐体１１０内に配設され、モータ１２０の回転とともに回転する太陽電池２００と、筒状筐体１１０の外から太陽電池２００に向けて光を供給する光ファイバ２０２とを有するエネルギー供給手段を用いているため、回転負荷検出装置１６６に電力を供給するための配線の引き回しが不要になり、スピンドルモータの構造を単純なものにすることが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を検出する送り負荷検出装置１８６をさらに有するため、穿孔加工装置を構成する場合に送り負荷検出装置を別途設ける必要がなくなるため、穿孔加工装置の構成を簡易なものにして穿孔加工装置を小型化することが可能となる。また、穿孔加工装置を使用する際の作業性やメンテナンス性が向上する。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、送り負荷検出装置１８６は、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を受けて送り方向に沿って撓み変形可能な撓み変形部分１８２と、撓み変形部分１８２の撓み変形に基づいて送り負荷を検出する半導体歪センサ１８４とからなるため、撓み変形部分１８２の撓み変形を半導体歪センサ１８４により簡易に検出することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を撓み変形部分１８２に伝達する送り負荷伝達部材１８８をさらに有し、基端側回転体１３０は、穿孔工具把持部１５０からの送り負荷を送り負荷伝達部材１８８に伝達する鍔部１３６を有し、送り負荷伝達部材１８８における鍔部１３６との対向面には、多孔質絞りからなる第３の空気静圧軸受１９０が配設されているため、送り負荷の検出を行うことに起因する回転抵抗を極めて小さいレベルにまで低減することで、安定した回転状態を維持できるようになるため、高速かつ高精度で穿孔加工を行うことが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、鍔部１３６は、先端側で筒状筐体１１０とも対向しており、筒状筐体１１０における鍔部１３６との対向面には、多孔質絞りからなる第４の空気静圧軸受１１４が配設されているため、基端側回転体１３０は、鍔部１９０に案内されて、筒状筐体１１０内における送り方向に沿った所定位置で安定した回転状態を維持することが可能となる。

また、実施形態１に係るスピンドルモータ１００は、送り負荷に対抗して基端側回転体１３０を先端側に向けて押圧する押圧装置２１０をさらに有するため、送り負荷を高感度で検出するために撓み変形部分１８２を薄くしたとしてもその撓み変形部分１８２の剛性の低下を補うことが可能となる。

［実施形態２］
実施形態２は、本発明の穿孔加工装置を説明するための実施形態である。

図６は、実施形態２に係る穿孔加工装置１０を説明するために示す図である。図７は、実施形態２に係る穿孔加工装置１０における負荷限界直線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は、実施形態２の穿孔加工装置１０における制御系の構成を示すブロック図である。図９は、実施形態２の穿孔加工装置１０における送り動作を説明するために示す図である。

実施形態２に係る穿孔加工装置１０は、図６に示すように、スピンドルモータ１００と、所定の送り動作によってスピンドルモータ１００を送り方向に沿って移動させる送り駆動装置２０と、穿孔加工対象物品Ｗを把持する穿孔加工対象物品把持装置４０とを有する穿孔加工装置である。

スピンドルモータ１００は、実施形態１で説明したとおりのスピンドルモータである。

送り駆動装置２０は、ベース２２と、送り駆動モータ２４と、送り駆動モータ２４によって回転可能な送りねじ２６と、送りねじ２６と螺合して送り方向に移動可能な移動台２８と、移動台２８に固定されているスピンドルモータ固定部３０とを有する。

穿孔加工対象物品把持装置４０は、基台部４２と、穿孔加工対象物品把持部４４とを有し、穿孔加工対象物品把持部４４にはワークとしての穿孔加工対象物品Ｗが取り付けられる。ここで、穿孔加工対象物品把持部４４は、基台部４２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、穿孔加工対象物品把持部４４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。

スピンドルモータ１００の穿孔工具把持部１５０には、穿孔工具Ｄが取り付けられている。

実施形態２に係る穿孔加工装置１０は、スピンドルモータ１００における回転負荷検出装置１６６により検出された回転負荷と、スピンドルモータ１００における送り負荷検出装置１８６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超えた場合に、所定の送り動作を中断するように構成されている（図７参照。）。

以上のように構成された実施形態２に係る穿孔加工装置１０によれば、実施形態１に係るスピンドルモータ１００を有するため、微細な穴から比較的大きな穴までの比較的広い範囲の穴を形成することが可能な穿孔加工装置となる。また、穴を高速かつ高精度で形成することが可能な穿孔加工装置となる。

また、実施形態２に係る穿孔加工装置１０によれば、回転力伝達棒１６０の捩れ変形と撓み変形部分１８２の撓み変形とに基づいて回転負荷と送り負荷とを精度良く検出することが可能となるため、穿孔工具Ｄの破損を的確に予測することにより穿孔工具Ｄの折損をより確実に防止することが可能となり、信頼性が高く、かつ、効率的な穿孔加工を実現することが可能となる。

実施形態２に係る穿孔加工装置１０においては、図８に示すように、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などからなる制御装置２３０が設けられ、制御装置２３０は、回転負荷検出装置１６６からの検出信号及び送り負荷検出装置１８６からの検出信号を受け、これらの検出信号の値に応じて上記の回転負荷（ラジアル方向負荷）及び送り負荷（スラスト方向負荷）を求め、これらの負荷値に応じて送り駆動モータ２４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２４に加えてスピンドルモータ１００におけるモータ１２０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２４による送り動作を中断し、若しくは、逆方向に送る際には、スピンドルモータ１００におけるモータ１２０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。

実施形態２に係る穿孔加工装置１０においては、制御装置２３０は、穿孔対象加工物品Ｗに穿孔工具Ｄが近接するまで図９に示す高速送りモードＨで穿孔工具Ｄを送り、その後、低速送りモードＩで穿孔対象加工物品Ｗに対して接触し穿孔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中の負荷限界直線Ｃを超えた負荷データが得られた時点で、穿孔工具Ｄの送り動作を中断し、高速戻しモードＪで穿孔工具Ｄを穿孔対象加工物品Ｗ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で穿孔対象加工物品Ｗ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。

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で穿孔工具Ｄは穿孔対象加工物品Ｗ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、穿孔工具Ｄ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で穿孔対象加工物品Ｗから穿孔工具Ｄを離反させる。

上記の穿孔工具Ｄの寿命が尽きたと考えられる場合とは、上記のように図７に示す負荷限界直線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、穿孔時に穿孔工具Ｄ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、良好な穿孔加工ができなくなった場合である。いずれの場合にも、そのまま穿孔加工を継続しても穿孔加工が進まないか、或いは、穿孔工具Ｄが破損する可能性がきわめて高いため、穿孔加工を終了させるのである。

以上、本発明のスピンドルモータ及び穿孔加工装置を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、断面が円形状の回転力伝達棒１６０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、断面が正多角形（正三角形、正方形、正五角形、正六角形、正八角形等）の形状の回転力伝達棒を用いることもできる。

（２）実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、第１の空気静圧軸受１３４、第２の空気静圧軸受１１２、第３の空気静圧軸受１９０及び第４の空気静圧軸受１１４として多孔質絞りからなる空気静圧軸受を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞りなどからなる空気静圧軸受を用いることもできる。

（３）実施形態１に係るスピンドルモータ１００においては、回転負荷検出装置１６６に対して非接触でエネルギーを供給するエネルギー供給手段として、太陽電池２００と、光ファイバ２０２とを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、コイルと、当該コイルに誘導電流を起こさせる電線とからなるエネルギー供給手段を用いることもできる。

（４）実施形態２に係る穿孔加工装置１０は、送り負荷検出装置１８６を有するスピンドルモータ１００を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、送り負荷検出装置を有しないスピンドルモータを用いることもできる。

（５）実施形態２に係る穿孔加工装置１０においては、スピンドルモータ１００を横置きにした場合を例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スピンドルモータ１００を縦置きにすることもできる。

実施形態１に係るスピンドルモータ１００を説明するために示す図である。 実施形態１に係るスピンドルモータ１００の縦断面図である。 実施形態１に係るスピンドルモータ１００の要部を拡大した縦断面図である。 実施形態１に係るスピンドルモータ１００における回転負荷検出装置１６６を説明するために示す図である。 実施形態１に係るスピンドルモータ１００における送り負荷検出装置１８６を説明するために示す図である。 実施形態２に係る穿孔加工装置１０を説明するために示す図である。 実施形態２に係る穿孔加工装置１０における負荷限界直線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。 実施形態２の穿孔加工装置１０における制御系の構成を示すブロック図である。 実施形態２の穿孔加工装置１０における送り動作を説明するために示す図である。 従来の穿孔加工装置９００を説明するために示す図である。

符号の説明

１０，９００…穿孔加工装置、２０…送り駆動装置、２２，９１１…ベース、２４，９１３…送り駆動モータ、２６，９１２…送りねじ、２８…移動台、３０…スピンドルモータ固定部、４０，９３０…穿孔加工対象物品把持装置、４２，９３１…基台部、４４，９３２…加工対象物品把持部、１００…スピンドルモータ、１１０…筒状筐体、１１２…第２の空気静圧軸受、１１４…第４の空気静圧軸受、１２０…モータ、１２２…ステータ、１２４…ロータ、１３０…基端側回転体、１３２…基端側固定部材、１３４…第１の空気静圧軸受、１３６…鍔部、１４０…先端側回転体、１４２…先端側固定部材、１５０…穿孔工具把持部、１６０…回転力伝達棒、１６２…回転力伝達棒本体、１６４…両端部、１６６…回転負荷検出装置、１６８…基端側電極，１７０…先端側電極、１８０…撓み変形部材、１８２…撓み変形部分、１８４…半導体歪センサ、１８６…送り負荷検出装置、１８８…送り負荷伝達部材、１９０…第３の空気静圧軸受、２００…太陽電池、２０２…光ファイバ、２０４…ＬＥＤ光源、２１０…押圧装置、２２０…圧縮空気供給装置、２２２…圧縮空気供給路、２３０…制御装置、９１０…送り駆動装置、９１４…螺合部、９１５…送り台、９１６，９２３…軸支部、９１７…スピンドル、９１７ａ，９２４ａ…反射面、９１７ｂ，９２４ｂ…スリット、９１８…チャック、９２０…回転駆動装置、９２１…回転駆動モータ、９２２…駆動ベルト、９２３…軸支部、９２４…回転駆動軸、９２５…回転変形部、９２５ａ，９２５ｂ…端部、９４１，９４２…支持枠、９４３，９４４…発光素子、９４５，９４６…受光素子、９４７…軸受体、９４８…送り変形部、９４９…歪センサ、９５０…回転負荷検出装置、９５２，９５４…回転状態検出手段、Ｄ…穿孔工具、Ｗ…穿孔加工対象物品

Claims (11)

1. 筒状筐体と、
   前記筒状筐体内で回転可能なロータを有するモータと、
   前記筒状筐体内で前記ロータと一体になって回転可能な基端側回転体と、
   前記筒状筐体内で前記基端側回転体とともに回転可能な先端側回転体と、
   前記先端側回転体と一体になって回転可能な穿孔工具把持部と、
   前記基端側回転体と前記先端側回転体との間の回転力伝達経路途中に配設され、回転方向に沿って捩れ変形可能な部材からなり、前記基端側回転体の回転力を前記先端側回転体に伝達する回転力伝達棒と、
   前記回転力伝達棒の捩れ変形に基づいて前記基端側回転体に対する前記先端側回転体の回転負荷を検出する回転負荷検出装置と、
   前記穿孔工具把持部からの送り負荷を検出する送り負荷検出装置と、
   前記送り負荷に対抗して前記基端側回転体を先端側に向けて押圧する押圧装置とを有することを特徴とするスピンドルモータ。
2. 請求項１に記載のスピンドルモータにおいて、
   前記回転力伝達棒は、前記基端側回転体と前記先端側回転体との間に機械的遊びの無い状態で配設されていることを特徴とするスピンドルモータ。
3. 請求項１又は２に記載のスピンドルモータにおいて、
   前記基端側回転体は、先端側に円柱状の空洞部が形成され、
   前記先端側回転体は、前記空洞部内で前記基端側回転体とともに回転可能に構成されていることを特徴とするスピンドルモータ。
4. 請求項３に記載のスピンドルモータにおいて、
   前記基端側回転体における前記先端側回転体との対向面には、第１の空気静圧軸受が配設されていることを特徴とするスピンドルモータ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、
   前記筒状筐体における前記基端側回転体との対向面には、第２の空気静圧軸受が配設されていることを特徴とするスピンドルモータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、
   前記回転負荷検出装置は、前記基端側回転体に対する前記先端側回転体の回転負荷を非接触で検出することを特徴とするスピンドルモータ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、
   前記回転負荷検出装置に対して非接触でエネルギーを供給するエネルギー供給手段をさらに有し、
   前記回転負荷検出装置は、前記エネルギー供給手段から供給されたエネルギーを用いて回転負荷を検出することを特徴とするスピンドルモータ。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、
   前記送り負荷検出装置は、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を受けて送り方向に沿って撓み変形可能な撓み変形部分と、前記撓み変形部分の撓み変形に基づいて送り負荷を検出する歪センサとを有することを特徴とするスピンドルモータ。
9. 請求項８に記載のスピンドルモータにおいて、
   前記穿孔工具把持部からの送り負荷を前記撓み変形部分に伝達する送り負荷伝達部材をさらに有し、
   前記基端側回転体は、前記穿孔工具把持部からの送り負荷を前記送り負荷伝達部材に伝達する鍔部を有し、
   前記送り負荷伝達部材における前記鍔部との対向面には、第３の空気静圧軸受が配設されていることを特徴とするスピンドルモータ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のスピンドルモータと、
    所定の送り動作によって前記スピンドルモータを送り方向に沿って移動させる送り駆動装置と、
    穿孔加工対象物品を把持する穿孔加工対象物品把持部とを有することを特徴とする穿孔加工装置。
11. 請求項１０に記載の穿孔加工装置において、
    前記回転負荷検出装置により検出された回転負荷と、前記送り負荷検出装置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超えた場合に、前記所定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穿孔加工装置。