JP6846086B2 - ドリル加工装置及びドリル加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドルでドリルを回転させて穴あけを行うドリル加工装置及びドリル加工方法に関する。

通常のプリント基板穴あけ装置においては、ドリルを高速回転させるためのモータを内臓させたスピンドルが設けられている。
このドリルの切削抵抗は、プリント基板の材質、重ね枚数、ドリル径、ドリルの磨耗によって変動する。切削抵抗が増加すると、スピンドルの内臓モータが過負荷となって駆動電流が増え、モ-タの発熱による焼損等によってスピンドルの故障が発生する場合がある。
ドリルの切削抵抗により内臓モータが過負荷となる事態を防ぐため、例えば、特許文献１に開示されているように、スピンドルの回転数が予め送り速度に応じて決められた下限値よりも低くなったら異常として検出する方式が知られている。
この方式においては、スピンドルの回転軸側にはマークを、本体側にはこのマークを読取るセンサを取付ける必要があり、回転数を検出するための装備が必要である。また、スピンドルの回転軸に振動モードが励起される状況においては、ドリルの切削抵抗により必ずしも回転数が低下するとは限らず、内臓モータの過負荷状態を確実に検出できない可能性がある。

特開2000-141170号公報

そこで本発明は、スピンドルに特別な装備を設けることなく、スピンドルにおける内臓モータの過負荷状態を確実に異常として検出することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本願において開示される代表的なドリル加工装置は、ドリルを
回転させるためのモータを内蔵するスピンドルと、被加工物を載置するためのテーブルと
、前記スピンドルを前記被加工物に対して直角方向に駆動するスピンドル駆動部とを有す
るドリル加工装置において、前記スピンドルの先端には被加工物を押付けるための押付け部材がシリンダを介して取付けられており、前記スピンドル駆動部による駆動開始以後であって当該駆動開始時を除いた期間で、前記押付け部材が前記被加工物に接触したのが検出された後に前記モータに発生する負荷電流が前記シリンダの抵抗での電流増加分が加味された特定の閾値を超えた場合に異常とする制御部を備えたことを特徴とする。

また本願において開示される代表的なドリル加工方法は、ドリルを回転させるためのモータを内蔵するスピンドルをテーブルに載置された被加工物に対して直角方向に駆動するドリル加工方法において、前記スピンドルの駆動開始以後であって当該駆動開始時を除いた期間で前記スピンドルの先端にシリンダを介して取付けられた押付け部材が前記被加工物に接触したのが検出された後に前記モータに発生する負荷電流が前記シリンダの抵抗での電流増加分が加味された特定の閾値を超えた場合に異常とすることを特徴とする。

本発明によれば、スピンドルに特別な装備を設けることなく、スピンドルにおける内臓モータの過負荷状態を確実に異常として検出することが可能となる。

本発明の一実施例となるドリル加工装置での本発明に係る部分のタイミングチャートである。 本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。

以下、本発明の一実施例を図１と２を用いて説明する。
図２は本発明の一実施例となるドリル加工装置の構成を示す図である。図２での各構成要素や接続線は、主に本実施例を説明するために必要と考えられるものを示してあり、ドリル加工装置として必要な全てを示している訳ではない。
図２において、１は穴あけ加工をすべき多層プリント基板、２は多層プリント基板１を樹脂材から成る下板３を介して載置する加工テーブル、４は多層プリント基板１に穴をあけるためのドリル、５はドリル４を回転させるモータ内蔵型のスピンドル６を保持するスピンドルユニットである。スピンドルユニット５はモータとボールねじを使ったスピンドル垂直駆動部８により垂直方向に駆動される。加工テーブル２は、多層プリント基板１に穴をあけようとする位置にドリル４が向くよう、加工テーブル駆動部７により水平方向に駆動され、位置決めされるようになっている。
下板３は多層プリント基板１と加工テーブル２との間に介在する下板であり、ドリル４が多層プリント基板１を突き抜けて加工テーブル２に接触するのを防止する役目をするものである。なお、多層プリント基板１の上には、ドリル４の食いつきを良くし、バリ等の発生を防ぐための上板が乗せられていてもよい。

スピンドル６の下方側には穴あけ加工時に多層プリント基板１を押付けるためのプレッシャフット９が係合しており、プレッシャフット９の下端には基板押付け面を形成する円形のブッシュが取付けられていてもよい。プレッシャフット９は多層プリント基板１に適度な押付け力を与えるためのシリンダ１０を介してスピンドルユニット５に連結されており、スピンドルユニット５が下降する場合、多層プリント基板１の上面位置に当接するまではスピンドルユニット５と共に下降する。
スピンドルユニット５とプレッシャフット９は互いに高さ方向に所定の間隔を保って係合していて、スピンドルユニット５が下降する場合、途中までは共に下降し、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面位置に当接すると、その後はプレッシャフット９がその位置にとどまり、スピンドルユニット５だけ独立に下降し、ドリル４で穴あけができるようになる。穴あけを終え、スピンドルユニット５を上昇させると、ある位置からプレッシャフット９も共に上昇するようになっている。

１１は、スピンドルユニット５に固定された検出器１２とプレッシャフット９に固定されたロッド１３とから構成される基板上面センサである。プレッシャフット９が上昇して検出器１２がロッド１３の先端を光学的に検出するとＯＮ信号、プレッシャフット９が下降して検出器１２がロッド１３の先端を検出しなくなるとＯＦＦ信号をそれぞれ信号線Ｕに出力するようになっている。
従って、スピンドルユニット５を下降させた場合、プレッシャフット９が多層プリント基板１の表面に到達し、プレッシャフット９だけがそれ以上下降できなくなって、スピンドルユニット５とプレッシャフット９が垂直方向に互いにずれたことを検出した時、基板上面センサ１１はＯＮ信号を出力する。また、その後スピンドルユニット５を上昇させた場合、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面位置から離れる時、基板上面センサ１１はＯＦＦ信号を出力する。

１４はスピンドル６の回転や加工テーブル駆動部７、スピンドル垂直駆動部８等を制御してドリル加工装置の全体を制御する全体制御部である。全体制御部１４の内部には、信号線Ｒを介してスピンドル６の回転を制御するスピンドル回転制御部１５、信号線Ｄを介してスピンドル６に内蔵されるモータの負荷電流（以下、スピンドル回転負荷電流と呼ぶ）を監視する負荷電流監視部１６が設けられている。
全体制御部１４は、ここで説明する以外の制御機能を有し、図示されていないブロックにも接続されている。全体制御部１４は、例えばプログラム制御の処理装置を中心にして構成され、その中の各構成要素や接続線は、論理的なものも含むものとする。また各構成要素の一部は全体制御部１４と別個に設けられていてもよい。
全体制御部１４は、加工テーブル駆動部７の内部にある送り位置情報により、加工テーブル２の２次元位置を認識しながら加工テーブル駆動部７を制御するようになっており、またスピンドル垂直駆動部８の内部にある送り位置情報により、ドリル４の先端の現在の高さ位置を認識しながらスピンドル垂直駆動部８を制御するようになっている。

上記ドリル加工装置は以下のように動作する。先ず、全体制御部１４は、加工テーブル駆動部７により多層プリント基板１の穴をあけようとする位置にドリル４が向くよう位置決めし、その後、スピンドル垂直駆動部８によりスピンドルユニット５を下降させていく。この場合、スピンドル６は信号線Ｒを介してスピンドル回転制御部１５により制御され、回転が始められる。下降開始時のスピンドル回転負荷電流は、図１に示すように、大きく正負方向に振れるが、その後は微小になる。

次に、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面に接触すると、基板上面センサ１１から信号線Ｕを介してＯＮ信号が全体制御部１４に入力される。ここで全体制御部１４の内部にある負荷電流監視部１５は、基板上面センサ１１からのＯＮ信号を受けて、図１に示すように、それ以後のスピンドル回転負荷電流が予め設定してある閾値を超えるか否かの監視を行う。基板上面への接触時とそれ以後のスピンドル回転負荷電流は、シリンダ１０の抵抗の影響で若干増加する。
スピンドルユニット５がさらに下降してドリル４が穴あけ動作を始めると、スピンドル回転負荷電流は以前より増加する。この穴あけ動作中にスピンドル回転負荷電流が閾値を超えると、負荷電流監視部１６でそれが検出され、全体制御部１４は異常状態が発生しているとして、スピンドル垂直駆動部８によりスピンドルユニット５を上昇させて以後の穴あけ動作を止めるとともに、オペレータ等の外部に警報を発する。

以上の実施例によれば、スピンドル６に特別な装備をすることなく、スピンドル回転負荷電流を監視することにより内臓モータの過負荷状態を検出することが可能となる。しかもこの場合、ドリルの切削抵抗とは関係なく一時的に大きな負荷電流が流れる可能性があるスピンドル６の下降開始時には監視を行なわないので、誤って装置を停止させたり、警報が出たりすることがなくなる。

また、以上の実施例において、負荷電流監視部１５はプレッシャフット９が多層プリント基板１の上面に接触したのを検出した時から監視を始めるようにしたが、ドリル４が穴あけ動作を始めるまでには時間があるので、必ずしも検出時点からすぐに始める必要はなく、そこに一定の時間を置く等、多少遅れてから監視を始めるようにしてもよい。
さらには、負荷電流監視部１５はスピンドル垂直駆動部８がスピンドルユニット５の下降を開始する時点から一定の時間を置き、スピンドル回転負荷電流が大きく正負方向に振れる期間が過ぎてから監視を始めるようにして、プレッシャフット９が多層プリント基板１の上面に接触するより前から監視を行ってもよい。

１：多層プリント基板、２：加工テーブル、３：下板 ４：ドリル
５：スピンドルユニット ６：スピンドル、７：加工テーブル駆動部
８：スピンドル垂直駆動部、９：プレッシャフット、１０：シリンダ、
１１：基板上面センサ、１４：全体制御部、１５：スピンドル回転制御部、
１６：負荷電流監視部、 Ｄ、Ｒ、Ｕ：信号線、

Claims (2)

1. ドリルを回転させるためのモータを内蔵するスピンドルと、
   被加工物を載置するためのテーブルと、
   前記スピンドルを前記被加工物に対して直角方向に駆動するスピンドル駆動部と、を有するドリル加工装置において、
   前記スピンドルの先端には被加工物を押付けるための押付け部材がシリンダを介して取付けられており、
   前記スピンドル駆動部による駆動開始以後であって当該駆動開始時を除いた期間で、前記押付け部材が前記被加工物に接触したのが検出された後に前記モータに発生する負荷電流が前記シリンダの抵抗での電流増加分が加味された特定の閾値を超えた場合に異常とする制御部を備えたことを特徴とするドリル加工装置。
2. ドリルを回転させるためのモータを内蔵するスピンドルをテーブルに載置された被加工物
   に対して直角方向に駆動するドリル加工方法において、
   前記スピンドルの駆動開始以後であって当該駆動開始時を除いた期間で
   前記スピンドルの先端にシリンダを介して取付けられた押付け部材が前記被加工物に接触したのが検出された後に
   前記モータに発生する負荷電流が前記シリンダの抵抗での電流増加分が加味された特定の閾値を超えた場合に異常とすることを特徴とするドリル加工方法。
   

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