JPH04348802A - 穴加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
限界が小さく折損しやすいという問題がある。このよう
な問題を解決する装置として、特開昭６１−３０３１０
号公報に開示されたものがある。これは、図１２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制御するものである。すなわち、
図１３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１
４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の軸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。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、特開
昭６１−３０３１０号公報や特開昭６２−１６２４０５
号公報に開示された穴加工装置では、ドリルに作用する
軸方向の力やドリルの切削トルクに基づいて、ドリルの
折損の可能性を予測判定し、折損の可能性があると判断
したときには、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。

【０００５】たとえば、ワークにすり鉢状の下穴を位置
決め用として形成しているような場合に、位置決め用の
下穴の中心にドリルの先端を追い込むような制御につい
ては考慮されておらず、ドリルの先端と下穴との位置が
ずれていることによって、ドリルが弾性変形したり折損
したりするという問題がある。その結果、下穴を形成し
てドリルがワークの表面で滑るのを防止しているような
場合に、下穴の存在によて却ってドリルが折損したり、
穴の位置精度が低下したりするという問題が生じること
になる。

【０００６】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、位置決め用の下穴を形成している場合であっ
て、とくに下穴がすり鉢状である場合に、ドリルの先端
を下穴の中心の位置に一致させるように制御することに
よって、ドリルの変形や折損を防止し、かつ、穴を高い
位置精度で加工できるようにした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。

【０００７】

【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、ワークの穴加工位置にあらか
じめ形成されている位置決め用であるすり鉢状の下穴に
ドリルの先端を接触させ、切削開始時にはドリルに作用
する軸方向に直交する面内での力を小さくする向きにド
リルの先端位置を調節し、切削中にはドリルに作用する
モーメントを小さくする向きにドリルの傾きを調節する
のである。

【０００８】請求項２の発明では、ワークの穴加工位置
にあらかじめ形成されている位置決め用であるすり鉢状
の下穴にドリルの先端を接触させ、切削開始時および切
削中にドリルの傾きにより生じるモーメントを小さくす
る向きにドリルの傾きを調節するのである。請求項３の
発明では、ワークの穴加工位置にあらかじめ形成されて
いる位置決め用であるすり鉢状の下穴にドリルの先端を
接触させ、切削開始時にはドリルに作用する軸方向に直
交する面内での力とドリルの傾きにより生じるモーメン
トとを、ともに小さくする向きにドリルの先端位置およ
びドリルの傾きを調節し、切削中にはドリルに作用する
モーメントを小さくする向きにドリルの傾きを調節する
のである。

【０００９】請求項４の発明では、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、ス
ピンドルモータの回転軸の周方向に離間してスピンドル
モータに機械的に結合されそれぞれ回転軸の接線にほぼ
沿う方向についてスピンドルモータを直進移動させる３
個以上のアクチュエータと、スピンドルモータの回転軸
の周方向に離間して３箇所以上に配設されスピンドルモ
ータに回転軸の軸方向の磁力を作用させる複数の電磁石
と、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平行
移動および回転移動による変位とスピンドルモータの回
転軸の方向の変位とを検出する複数の変位センサと、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
に保持するようにアクチュエータおよび電磁石によるス
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、切削開始前には、アクチュ
エータと電磁石との少なくとも一方の負荷電流の変化に
基づいて、ワークの穴加工位置にあらかじめ形成されて
いる位置決め用であるすり鉢状の下穴の中心にドリルの
先端部が位置するようにスピンドルモータの姿勢を制御
するのである。

【００１０】請求項５の発明では、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、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ス
ピンドルモータの回転軸に直交する面内でスピンドルモ
ータが平行移動するように磁力を作用させる３個以上の
第１の電磁石と、スピンドルモータの回転軸の周方向に
離間して３箇所以上に配設されスピンドルモータに回転
軸の軸方向の磁力を作用させる複数の第２の電磁石と、
スピンドルモータを回転軸の軸方向の回りで回転させる
回転アクチュエータと、スピンドルモータの回転軸に直
交する面内での平行移動および回転移動による変位とス
ピンドルモータの回転軸の方向の変位とを検出する複数
の変位センサと、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および回転
アクチュエータ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、切
削開始前には、第１および第２の電磁石と回転アクチュ
エータのうちの少なくともいずれか一つの負荷電流の変
化に基づいて、ワークの穴加工位置にあらかじめ形成さ
れている位置決め用であるすり鉢状の下穴の中心にドリ
ルの先端部が位置するようにスピンドルモータの姿勢を
制御するのである。

【００１１】請求項６の発明では、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、ス
ピンドルモータを回転軸の軸方向の回りで回転させる回
転アクチュエータと、スピンドルモータの回転軸に直交
する面内での回転移動による変位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回転アクチュエータによるスピ
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、切削開始前には、回転アクチ
ュエータの負荷電流の変化に基づいて、ワークの穴加工
位置にあらかじめ形成されている位置決め用であるすり
鉢状の下穴の中心にドリルの先端部が位置するようにス
ピンドルモータの位置を制御するのである。

【００１２】

【作用】請求項１の方法によれば、上記目的を達成する
ために、ワークに形成されているすり鉢状の下穴にドリ
ルの先端を接触させ、切削開始時にはドリルに作用する
軸方向に直交する面内での力が小さくなる向きにドリル
の先端位置を調節し、切削中にはドリルに作用するモー
メントが小さくなる向きにドリルの傾きを調節するので
、ドリルを下穴の中心位置に合わせてから切削すること
ができ、また、切削中にはドリルをワークの表面にほぼ
垂直に立てた状態で穴を形成することができるのである
。その結果、細径のドリルを用いる場合であっても、ド
リルの弾性変形による位置ずれやドリルの折損が防止で
き、穴の位置精度が高くなるのである。

【００１３】請求項２の方法によれば、切削開始時およ
び切削中にドリルの傾きにより生じるモーメントが小さ
くなる向きにドリルの傾きを調節するので、ドリルをワ
ークの表面に対してほぼ垂直に立てた状態で切削するこ
とができ、ドリルの折損が防止でき、また、穴の位置精
度が高くなるのである。請求項３の方法は、切削開始時
におけるドリルの位置を請求項１と請求項２の方法を組
み合わせて調節するものであって、下穴の中心にドリル
の先端の位置を合わせ、しかも、ドリルをワークの表面
に対してほぼ垂直にすることができるから、穴の位置精
度が一層高くなるのである。

【００１４】請求項４ないし請求項６の構成では、スピ
ンドルモータの位置を少なくとも回転軸に平行な軸の回
りで調節する駆動源を設け、スピンドルモータが所定の
位置に保持されるように駆動源によるスピンドルモータ
の移動量を制御手段によってフィードバック制御し、制
御手段は、駆動源への通電電流を下穴の中心とドリルの
先端との位置の一致度の判定基準としてスピンドルモー
タの位置を制御するので、下穴とドリルとの位置合わせ
が正確に行えるとともに、切削中にドリルの位置を所定
位置に保つことができるのである。その結果、ドリルの
弾性変形によって位置ずれが生じたり、ドリルが折損し
たりすることが防止できるのである。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）穴加工装置は、図４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。

【００１６】ハウジング１２の中には、図３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１
０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，３Ｅ，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，３
Ｆ）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。

【００１７】支持板３ａの厚み方向の一面（図３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５Ａ，
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５および図６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５
ｂ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５ｂの
中央片の幅よりも大きく設定されており、可動コイル５
ａ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。

【００１８】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１２
に対して固定される。

【００１９】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７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７
Ａ，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，３Ｃ，３
Ｄ，３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，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２
０ｅ、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２０によっ
て行われる。ここに、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，
３Ｅ，３Ｆおよびアクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃへの
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，７Ｂ，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。

【００２０】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。

【００２１】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，３Ｅ
，３Ｆと支持板３ａとの距離をＤ、電磁石３Ａ，３Ｂ，
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。したがって、コンプラ
イアンスを大きくとることが可能になる。また、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，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの吸引力によ
ってスピンドルモータ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もので
ある。電磁石３Ａ，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。

【００２２】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。ここでは、下穴Ｈがすり鉢状に形成
されているものとする。まず、ドリル１による切削開始
時に、図２（ａ）のように、ドリル１をワークＷに形成
された下穴Ｈにドリル１の先端を接触させ、このときに
ドリル１に作用するＸＹ平面に平行な面内の力を検出す
る（ステップ１００）。この力はアクチュエータ５Ａ，
５Ｂ，５Ｃへの通電電流の変化として検出することがで
きるのであって、この力が小さくなる方向にアクチュエ
ータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの可動コイル５ａへの通電電流を
制御してＸＹ平面に平行な面内でのドリル１の先端の位
置を調節する（ステップ１０１）。要するに、ドリル１
に作用するＸＹ平面に平行な面内での力を極小にするよ
うな位置にドリル１の先端位置を調節するのであって、
これによって図２（ｂ）のように、下穴Ｈの中心にドリ
ル１の先端の位置を合わせることができるのである。こ
のとき、Ｚ軸回りでのトルクが増大するか、Ｚ軸方向の
力が増大すれば、ドリル１の先端が下穴Ｈの位置に合致
して切削が開始されたことになる（ステップ１０２）以
上のようにして、ドリル１の位置決めが正確になされて
切削が開始される。このとき、ドリル１をワークＷの表
面に直交させる必要があるから、ドリル１による切削作
業の開始直後にドリル１に作用するＸ軸の回りまたはＹ
軸の回りのモーメントを検出し（ステップ１０３）、こ
のモーメントが小さくなる方向に電磁石３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆのコイルへの通電電流を制御して
ドリル１の傾きを矯正する（ステップ１０４）。ここに
、モーメントは、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
電流の変化を総合的に判定すれば検出できる。また、切
削中には、Ｚ軸方向の力が所定値以上であるかどうかを
判定し（ステップ１０５）、折損のおそれがあれば、ド
リル１を後退させて（ステップ１０６）、切屑を除去し
た後（ステップ１０７）、加工を再開する（ステップ１
０８）。切削中に、Ｚ軸方向の力か、Ｚ軸回りのトルク
が急減すれば（ステップ１０９）、穴が貫通したものと
して穴加工を終了する。このように、ドリル１に折損の
おそれがあるときには、ドリル１を後退させて折損の主
原因である切屑を除去してから加工を再開するようにし
ているから、ドリル１の折損を防止することができるの
である。ここで、Ｚ軸方向の力の大きさは、電磁石３Ａ
，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆへの通電電流の変化と
して検出することができ、Ｚ軸の回りのトルクの大きさ
は、スピンドルモータ２への通電電流の変化として検出
することができる。また、ドリル１の上下の移動にはド
ライバ２０ｆを介して送りモータを制御し、ハウジング
１２をＺ軸方向に移動させる。

【００２３】（実施例２）本実施例では、図８に示すよ
うに、アクチュエータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの代わりに、Ｘ
Ｙ平面に平行な面内でスピンドルモータ２に対して吸引
力を作用させる３個の電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを
用いるとともに、スピンドルモータ２を回転軸の回りに
回転させる回転アクチュエータ８を用いた点で実施例１
と相違している。

【００２４】各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、それ
ぞれコ字状の鉄心の中央片にコイルを巻装して形成され
、スピンドルモータ２の周方向に離間して両脚片をスピ
ンドルモータ２に対向させた形で配設されている。した
がって、各電磁石１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのコイル１５
ｂへの通電量を制御することによって、スピンドルモー
タ２のＸＹ平面内での平行移動が可能になる。

【００２５】また、回転アクチュエータ８は、図９に示
すように、固定子となる円筒状のヨーク８ａの中に円柱
状の永久磁石８ｂを配置し、ヨーク８ａと永久磁石８ｂ
との間に形成された空間内で筒状の可動コイル８ｃを小
範囲で回転させるように構成される。永久磁石８ｂの着
磁方向および可動コイル８ｃの巻回方向は、ローレンツ
力によってコイル８ｃが回転できるように設定されてい
ることはいうまでもない。このような回転アクチュエー
タ８を用いることによって、スピンドルモータ２を回転
軸の回りに回転させることができるから、Ｚ軸の回りで
のスピンドルモータ２の回転移動が可能になるのである
。また、回転アクチュエータ８を用いれば、ドリル１の
回転によって生じるトルクの反力によってスピンドルモ
ータ２が回転しようとするのを阻止することができ、ド
リル１のモーメントを回転アクチュエータ８の負荷電流
の変化によって検出することが可能になる。この構成に
よっても実施例１と同様の位置制御が可能になるのであ
る。他の構成および動作は実施例１と同様であるから説
明を省略する。

【００２６】（実施例３）本実施例は、図１０に示すよ
うに、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，１
５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを省略し、スピンドルモータ２を
空気軸受３，９によって支持している点で実施例２とは
異なっている。したがって、本実施例では、スピンドル
モータ２の回転軸の回りでの回転を回転アクチュエータ
８によって行うのみであって、他の位置制御は行わない
ようになる。すなわち、回転軸の回転方向におけるコン
プライアンスの制御が可能になっている。また、スピン
ドルモータ２の回転軸の回りでの変位は、スピンドルモ
ータ２の外側面に突設された検出片６Ｇまでの距離を検
出する変位センサ７Ｇによって検出される。

【００２７】空気軸受３は、支持板３ａの厚み方向の表
裏に配置された一対の通気管３ｂを備え、通気管３ｂの
中に通気される圧縮空気を、支持板３ａとの対向面に形
成された吐出口３ｃより吹き出すことによって支持板３
ａを無接触で支持する。また、空気軸受９は、スピンド
ルモータ２を囲むように形成された通気管９ａを有し、
通気管９ａの中に通気される圧縮空気を、スピンドルモ
ータ２の外周面との対向面に形成された吐出口９ｂより
吹き出すことによってスピンドルモータ２を無接触で支
持する。

【００２８】ところで、この構成では、ＸＹ平面に平行
な面内での正確な位置合わせはできないものであるが、
基本的な位置合わせはＸＹテーブルで行い、すり鉢状の
下穴の中心にドリル１の先端の位置を合わせるための微
調整のみを回転アクチュエータ８で行うようにすれば、
比較的よい精度での位置合わせが可能である。また、制
御量が一つであるから、制御は容易である。他の構成お
よび動作は実施例１と同様であるから説明を省略する。

【００２９】ところで、上記各実施例ではドリル１によ
る切削開始時に、ドリル１に作用するＸＹ平面に平行な
面内での応力の成分を検出し、この力が小さくなる方向
にドリル１を移動させることによって、下穴Ｈの中心に
ドリル１の先端を追い込むようにしていたが、図１１（
ａ）に示すように、ドリル１がワークＷの表面（ＸＹ平
面に平行な面）に対して直交していない場合もある。 このような状態でドリル１での切削を開始すると、ドリ
ル１に大きな応力が作用して折損につながり、また、穴
の位置精度も低下することになる。そこで、切削開始前
にＸＹ平面に平行な面内での応力の成分を検出するので
はなく、電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆへ
の負荷電流の変化によって、Ｘ軸およびＹ軸の回りでの
モーメントを検出し、このモーメントを小さくする方向
に電磁石３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆへの通電
電流を制御した後、切削を開始するようにしてもよい。 さらに、ＸＹ平面に平行な面内での応力の成分とＸ軸お
よびＹ軸の回りでのモーメントとを同時に検出し、両者
を小さくする方向に制御してもよい。ただし、これらの
制御は、実施例１および実施例２の装置において可能に
なるものである。

【００３０】

【発明の効果】請求項１の発明では、上述のように、ワ
ークに形成されているすり鉢状の下穴にドリルの先端を
接触させ、切削開始時にはドリルに作用する軸方向に直
交する面内での力が小さくなる向きにドリルの先端位置
を調節し、切削中にはドリルに作用するモーメントが小
さくなる向きにドリルの傾きを調節するので、ドリルを
下穴の中心位置に合わせてから切削することができ、ま
た、切削中にはドリルをワークの表面にほぼ垂直に立て
た状態で穴を形成することができるのである。その結果
、細径のドリルを用いる場合であっても、ドリルの弾性
変形による位置ずれやドリルの折損が防止でき、穴の位
置精度が高くなるという利点がある。

【００３１】請求項２の発明では、切削開始時および切
削中にドリルの傾きにより生じるモーメントが小さくな
る向きにドリルの傾きを調節するので、ドリルをワーク
の表面に対してほぼ垂直に立てた状態で切削することが
でき、ドリルの折損が防止でき、また、穴の位置精度が
高くなるという効果がある。請求項３の方法は、切削開
始時におけるドリルの位置を請求項１と請求項２の方法
を組み合わせて調節するものであって、下穴の中心にド
リルの先端の位置を合わせ、しかも、ドリルをワークの
表面に対してほぼ垂直にすることができるから、穴の位
置精度が一層高くなるという利点を有するのである。

【００３２】請求項４ないし請求項６の構成では、スピ
ンドルモータの位置を少なくとも回転軸に平行な軸の回
りで調節する駆動源を設け、スピンドルモータが所定の
位置に保持されるように駆動源によるスピンドルモータ
の移動量を制御手段によってフィードバック制御し、制
御手段は、駆動源への通電電流を下穴の中心とドリルの
先端との位置の一致度の判定基準としてスピンドルモー
タの位置を制御するので、下穴とドリルとの位置合わせ
が正確に行えるとともに、切削中にドリルの位置を所定
位置に保つことができるのである。その結果、ドリルの
弾性変形によって位置ずれが生じたり、ドリルが折損し
たりすることが防止できるという効果を奏するのである
。

【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を示す下穴へのドリルの位置合わせを
示す動作説明図である。

【図３】実施例１を示す一部切欠斜視図である。

【図４】実施例を示す全体構成の斜視図である。

【図５】実施例１に用いるアクチュエータの平面図であ
る。

【図６】実施例１を示すアクチュエータの断面図である
。

【図７】実施例に用いる制御回路のブロック図である。

【図８】実施例２を示す斜視図である。

【図９】実施例２および実施例３に用いる回転アクチュ
エータを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部切欠側面
図である。

【図１０】実施例３を示す一部切欠斜視図である。

【図１１】実施例におけるドリルと下穴との関係を示す
説明図である。

【図１２】従来の穴加工装置を示す断面図である。

【図１３】従来の穴加工装置を示す概略構成図である。

【図１４】図１３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 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 ８　　　　回転アクチュエータ １５Ａ　　電磁石 １５Ｂ　　電磁石 １５Ｃ　　電磁石 ２０　　制御回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ワークの穴加工位置にあらかじめ形成
   されている位置決め用であるすり鉢状の下穴にドリルの
   先端を接触させ、切削開始時にはドリルに作用する軸方
   向に直交する面内での力を小さくする向きにドリルの先
   端位置を調節し、切削中にはドリルに作用するモーメン
   トを小さくする向きにドリルの傾きを調節することを特
   徴とする穴加工方法。
2. 【請求項２】　　ワークの穴加工位置にあらかじめ形成
   されている位置決め用であるすり鉢状の下穴にドリルの
   先端を接触させ、切削開始時および切削中にドリルの傾
   きにより生じるモーメントを小さくする向きにドリルの
   傾きを調節することを特徴とする穴加工方法。
3. 【請求項３】　　ワークの穴加工位置にあらかじめ形成
   されている位置決め用であるすり鉢状の下穴にドリルの
   先端を接触させ、切削開始時にはドリルに作用する軸方
   向に直交する面内での力とドリルの傾きにより生じるモ
   ーメントとを、ともに小さくする向きにドリルの先端位
   置およびドリルの傾きを調節し、切削中にはドリルに作
   用するモーメントを小さくする向きにドリルの傾きを調
   節することを特徴とする穴加工方法。
4. 【請求項４】　　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、スピンドルモータの
   回転軸の周方向に離間してスピンドルモータに機械的に
   結合されそれぞれ回転軸の接線にほぼ沿う方向について
   スピンドルモータを直進移動させる３個以上のアクチュ
   エータと、スピンドルモータの回転軸の周方向に離間し
   て３箇所以上に配設されスピンドルモータに回転軸の軸
   方向の磁力を作用させる複数の電磁石と、スピンドルモ
   ータの回転軸に直交する面内での平行移動および回転移
   動による変位とスピンドルモータの回転軸の方向の変位
   とを検出する複数の変位センサと、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
   アクチュエータおよび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、切削開始前には、アクチュエータと電磁石と
   の少なくとも一方の負荷電流の変化に基づいて、ワーク
   の穴加工位置にあらかじめ形成されている位置決め用で
   あるすり鉢状の下穴の中心にドリルの先端部が位置する
   ようにスピンドルモータの姿勢を制御することを特徴と
   する穴加工装置。
5. 【請求項５】　　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、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スピンドルモータの
   回転軸に直交する面内でスピンドルモータが平行移動す
   るように磁力を作用させる３個以上の第１の電磁石と、
   スピンドルモータの回転軸の周方向に離間して３箇所以
   上に配設されスピンドルモータに回転軸の軸方向の磁力
   を作用させる複数の第２の電磁石と、スピンドルモータ
   を回転軸の軸方向の回りで回転させる回転アクチュエー
   タと、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での平
   行移動および回転移動による変位とスピンドルモータの
   回転軸の方向の変位とを検出する複数の変位センサと、
   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および回転アクチュエータに
   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、切削開始前には、第
   １および第２の電磁石と回転アクチュエータのうちの少
   なくともいずれか一つの負荷電流の変化に基づいて、ワ
   ークの穴加工位置にあらかじめ形成されている位置決め
   用であるすり鉢状の下穴の中心にドリルの先端部が位置
   するようにスピンドルモータの姿勢を制御することを特
   徴とする穴加工装置。
6. 【請求項６】　　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、スピンドルモータを
   回転軸の軸方向の回りで回転させる回転アクチュエータ
   と、スピンドルモータの回転軸に直交する面内での回転
   移動による変位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
   ように回転アクチュエータ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、切削開始前には、回転アクチュエータの負荷電
   流の変化に基づいて、ワークの穴加工位置にあらかじめ
   形成されている位置決め用であるすり鉢状の下穴の中心
   にドリルの先端部が位置するようにスピンドルモータの
   位置を制御することを特徴とする穴加工装置。