JPH106113A - 小径穴加工用自動ボール盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドリルに加わる軸方向外力を測定することが
できるとともに、全体加工時間を短縮し、かつ応答性を
向上させ得る小径穴加工用自動ボール盤を提供する。 【解決手段】 小径穴加工用自動ボール盤において、ド
リル４０が装着されるスピンドルと、このスピンドルを
回転させるスピンドルモータ３０と、前記スピンドルを
直線運動させるボイスコイルモータ１１，１２と、前記
スピンドルの変位を検出する変位センサ５１，５２と、
前記スピンドルの直線運動を制御する制御手段とを備
え、前記ボイスコイルモータ１１，１２で前記スピンド
ルを後進させ、一定な位置を維持させ、前記ドリル４０
の下に加工物７０をセットし、前記スピンドルモータ３
０で前記スピンドルを回転させ、前記ボイスコイルモー
タ１１，１２で前記スピンドルを送ることにより、ドリ
リングし、指示された深さまでドリリングしたことを前
記変位センサ５１，５２の信号から判断し、前記ボイス
コイルモータ１１，１２で前記スピンドルを後進させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加工物に小径穴を
加工するボイスコイルモータを用いた小径穴加工用自動
ボール盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

（１）従来の小径穴加工用自動ボール盤は、サーボモー
タとボールねじとから成る送り機構を用いて、送り（ス
ピンドルの直線運動）を実現している。 （２）送り速度を一定にして（送り速度を制御して）加
工を行う。 （３）プリント基板加工などの場合、加工穴の深さを正
確にするためには、ドリルにリングをセッティングして
ドリル先端からスピンドル先端までの距離を一定に維持
し、加工物の高さを測定して、ドリル先端から加工面ま
での距離を算出する。

【０００３】（４）ドリルが折れているかを検出するた
めに、光学式センサまたは切屑検出センサなどを設けて
ドリル折れを検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の小径穴加工用自動ボール盤では、 （１）ボールねじを使用しているので、バックラッシが
生じ、ドリルに加わる軸方向外力をサーボモータの電流
変化から測定することは難しい。 （２）従来のように、ボールねじ機構を使用している場
合、送り加速度と最高送り速度は、それぼど高くなく、
ドリル折れ防止のための緊急後進命令等に対する応答性
も低い。

【０００５】（３）従来のように、送り速度を一定にし
て加工する場合、穴加工の深さが深くなるほど切削力は
大きくなり、ドリル折れの可能性も高くなる。そのた
め、従来の加工機では、加工後期の切削力増加を考慮し
て、送り速度をある程度小さくして加工を行う。 （４）リングセッティングマシンと加工物の高さ測定機
とを使用せず、ドリル先端から加工面までの距離を測定
しようとした。

【０００６】（５）光学式センサまたは切屑検出センサ
などを設けることなく、ドリル折れを検出しようとし
た。 このように、本発明は、従来の問題点を除去し、ドリル
に加わる軸方向外力を測定することができるとともに、
全体加工時間を短縮し、かつ応答性を向上させ得る小径
穴加工用自動ボール盤を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕小径穴加工用自動ボール盤のスピンドルの送り
に、ボイスコイルモータを用いる小径用自動ボール盤に
おいて、ドリルの装着されるスピンドルと、このスピン
ドルを回転させるスピンドルモータと、前記スピンドル
を直線運動させるボイスコイルモータと、前記スピンド
ルの変位を検出する変位センサと、前記スピンドルの直
線運動を制御する制御手段とを備え、前記ボイスコイル
モータで前記スピンドルを後進させ、一定な位置を維持
させ、前記ドリルの下に加工物をセットし、前記スピン
ドルモータで前記スピンドルを回転させ、前記ボイスコ
イルモータで前記スピンドルを送ることにより、ドリリ
ングし、指示された深さまでドリリングしたことを前記
変位センサの信号から判断し、前記ボイスコイルモータ
で前記スピンドルを後進させるようにしたものである。

【０００８】〔２〕上記〔１〕記載のボイスコイルモー
タを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、前記ボ
イスコイルモータに流れる電流を測定し、ボイスコイル
モータの電流と推力とが比例することを用いて、前記ド
リルに加わる軸方向外力が測定できるようにしたもので
ある。 〔３〕上記〔２〕記載のボイスコイルモータを用いた小
径穴加工用自動ボール盤において、前記ボイスコイルモ
ータに流れる電流を測定して、切削スラストが測定でき
るようにしたものである。

【０００９】〔４〕上記〔３〕記載のボイスコイルモー
タを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、前記ボ
イスコイルモータに流れる電流を測定して、切削スラス
トを測定し、前記ドリルが折れているかを検出する機能
を有するようにしたものである。 〔５〕上記〔２〕記載のボイスコイルモータを用いた小
径穴加工用自動ボール盤において、前記ドリルに加わる
軸方向外力の測定値と前記変位センサの変位測定値とを
用いて、加工面までの距離を測定するようにしたもので
ある。

【００１０】〔６〕上記〔１〕記載のボイスコイルモー
タを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、前記ボ
イスコイルモータに流れる電流を制御することにより、
切削力を制御しながら、穴加工を行うようにしたもので
ある。 〔７〕上記〔１〕記載のボイスコイルモータを用いた小
径穴加工用自動ボール盤において、前記制御器での位置
制御ゲインを小さくすることにより、前記スピンドルの
軸方向支持剛性を小さくした状態で、穴加工、加工位置
設定又は加工面までの距離測定を行うようにしたもので
ある。

【００１１】〔８〕上記〔１〕記載のボイスコイルモー
タを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、前記ス
ピンドルは前記スピンドルモータの回転軸と一体になっ
ており、前記スピンドルとスピンドルモータとが一緒に
直線運動するダイレクトドライブ方式のスピンドルを有
するようにしたものである。

〔９〕上記〔１〕記載のボイスコイルモータを用いた小
径穴加工用自動ボール盤において、前記スピンドルモー
タは固定されており、前記スピンドルだけが直線運動す
るようにしたものである。

【００１２】〔１０〕上記〔１〕記載のボイスコイルモ
ータを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、前記
変位センサだけでなく速度センサをも備えるようにした
ものである。 〔１１〕上記〔１〕記載のボイスコイルモータを用いた
小径穴加工用自動ボール盤において、２台以上のボイス
コイルモータを用いるようにしたものである。

【００１３】〔１２〕上記〔１１〕記載のボイスコイル
モータを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、２
台以上のボイスコイルモータを直列連結して１台の駆動
アンプで駆動するようにしたものである。 〔１３〕上記〔８〕又は

〔９〕記載のボイスコイルモー
タを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、１台の
ボイスコイルモータを用いており、そのボイスコイルモ
ータの推力中心線と前記スピンドルの中心線とが一致し
ているようにしたものである。

【００１４】〔１４〕上記〔１３〕記載のボイスコイル
モータを用いた小径穴加工用自動ボール盤において、ボ
イスコイルモータの中が空いており、その空いている所
に前記スピンドルモータ又はスピンドルが入るようにし
たものである。 上記のように、小径穴加工用自動ボール盤において、ス
ピンドルの送りに、ボイスコイルモータのダイレクト駆
動を用いるようにしたので、送り系のバックラッシが生
じることがなく、ボイスコイルモータの電流を測定する
ことによって、ドリルに加わる軸方向外力を別途にセン
サを設けることなく測定でき、スピンドルの送り加速度
と最高送り速度とが高められ、スピンドル動きの応答性
を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
第１実施例を示すボイスコイルモータを用いた小径穴加
工用自動ボール盤の要部斜視図であり、図２はその小径
穴加工用自動ボール盤の主要部の可動部制御系の構成図
である。

【００１６】図１において、１１，１２はボイスコイル
モータ、３０はスピンドルモータを示す。５１，５２は
変位センサであるリニアスケールであり、５１はスケー
ル、５２は検出ヘッドを示す。６０は磁気シールドされ
ている速度センサを示す。２４，２５は可動部が直進運
動するように案内するクロスローラテーブルの移動部と
固定部を示す。なお、２１は連結具、２２はモータホル
ダ、２３はスケールホルダ、４０はドリル、７０は加工
物である。

【００１７】まず、本発明の第１実施例を示すボイスコ
イルモータを用いた小径穴加工用自動ボール盤の構成に
ついて、図１を用いて説明する。図１に示すように、２
台のボイスコイルモータ１１，１２の出力軸は連結具２
１で連結され、その中央部にモータホルダ２２を設置
し、スピンドルモータ３０を装着する。モータホルダ２
２の側面には、スケール５１を装着したスケールホルダ
２３と、クロスローラテーブルの移動部２４とを装着す
る。連結具２１に速度センサ６０の検出棒を設置すれ
ば、可動部の速度を検出でき、制御性の向上を図ること
ができる。なお、速度センサ６０を使用せず、変位セン
サ５１，５２の信号から速度信号を間接的に得て用いる
ようにしてもよい。

【００１８】図１において、ボイスコイルモータ１１，
１２の可動部、連結具２１、モータホルダ２２、スピン
ドルモータ３０、スケールホルダ２３、スケール５１、
クロスローラテーブルの移動部２４、速度センサ６０の
検出棒は一体であり、可動部を構成している。ボイスコ
イルモータ１１，１２の固定部、クロスローラテーブル
の固定部２５、リニアスケールの検出ヘッド５２、速度
センサ６０の固定部は加工機の本体（図１には図示な
し）に固定される。

【００１９】ボイスコイルモータ１１，１２に元々装着
されていた直進ベアリングは、取り出し、クロスローラ
テーブルだけによって可動部を支持する。この場合、ク
ロスローラテーブルでの摩擦は少ないから、可動部は摩
擦の影響を殆ど受けない。本実施例において、ボイスコ
イルモータを２台使用したのは、推力の向上とクロスロ
ーラテーブルにかかる不平衡力を減らすためである。２
台のボイスコイルモータの推力定数がほぼ同じである場
合（コイルのインダクタンスが違っても）は、ボイスコ
イルモータ２台のコイルを直列連結して１台のアンプで
駆動する。そうすると、各モータに流れる電流が等しく
なり、過渡的な不平衡力が生じることがなく、アンプも
１台だけで良い。

【００２０】もし、モータ２台の推力定数が違う場合
は、連結具の二つのアームの長さの比を変えることによ
って、推力差による不平衡力を無くすことができる。次
に、そのボイスコイルモータを用いた小径穴加工用自動
ボール盤の可動部制御系の構成を、図２を参照しながら
説明する。図２において、１００は中央制御器、１０１
は位置指令発生器、１０２は位置指令発生器１０１から
の位置指令によって制御される制御器、１０３は切り換
えスイッチ、１０４は電流アンプ、１０５はボイスコイ
ルモータ、１０６は可動部、１０７は速度センサ、１０
８は位置センサである。

【００２１】可動部１０６の制御系を位置制御モードと
推力制御モードとの切り替えができるようにすると、後
述する切削スラスト制御加工ができる。位置制御モード
で加工する場合、位置指令を連続的に変える必要があ
る。図２に示すように、位置指令発生器１０１は中央制
御器１００からの送り速度指令値を積分して出力する。
それによって、送り速度指令値に比例する増加率で増加
する位置指令を得ることができる。

【００２２】スピンドルを原点に急に戻す場合は、積分
値を０にして、つまり位置指令値を０にして、スピンド
ルを急に原点に戻す。位置指令発生器１０１を用いるこ
とによって、中央制御器１００の処理負担を低減させる
ことができる。中央制御器１００は可動部１０６を制御
する以外に、スピンドルモータの回転数制御、ｘｙテー
ブルの制御、加工データの入出力等の働きもする。

【００２３】次に、本発明の第１実施例を示すボイスコ
イルモータを用いた小径穴加工用自動ボール盤の基本的
な動作を説明する。後述する本発明の第２、３、４実施
例を示すボイスコイルモータを用いた小径穴加工用自動
ボール盤の基本的な動作もこの第１実施例と同様であ
る。 （１）送り速度制御加工 指示された送り速度でドリリングする一般的な加工方法
である。

【００２４】まず、可動部１０６を後進させ、一定の
位置を維持させる。つまり、可動部１０６の制御系は位
置制御モードにし、ストロークの後部位置の位置指令を
出す。 次に、図１に示すように、ドリル４０の下に加工物７
０をセットする。 次に、スピンドルモータ３０を回転させる。

【００２５】次に、位置指令発生器１０１へ適当な送
り速度指令値を設定する。これによって、位置信号発生
器１０１は連続的に増加する位置指令値を制御器１０２
へ送出し、可動部１０６が前進しながらドリリングす
る。もし、穴加工中にボイスコイルモータ１０５の電流
が設定値以上になると、可動部１０６を急速後進させ、
切屑を排出し、早送り速度で加工再開直前位置まで可動
部１０６を送り、加工送り速度で加工を再開する。

【００２６】次に、変位センサ（位置センサ）１０８
の信号から、指示された深さまでの加工が終わったこと
がわかると、位置指令発生器１０１の積分値、つまり位
置指令値を０にして、可動部１０６を原点に戻す。 （２）切削スラストの測定 ボイスコイルモータ１０５の推力は、コイルに流れる電
流に比例する。つまり、『推力＝ボイスコイルモータの
推力定数×電流』 したがって、コイルに流れる電流を測定することによっ
て、ボイスコイルモータ１０５の推力を測定できる。可
動部１０６にかかる摩擦力は殆どないから、ボイスコイ
ルモータ１０５の推力は可動部１０６を加減速する時要
する慣性力と可動部１０６にかかる重力と切削スラスト
との合計と等しい。つまり、 『推力＝慣性力＋重力＋切削スラスト』 可動部１０６が動き出す時と急速後進する時とは慣性力
が大きいが、穴加工中等、可動部１０６の速度変化が少
ない時は慣性力が大きくない。また、重力は変わらない
ので、穴加工中の推力変化は切削スラストとほぼ等し
い。したがって、ボイスコイルモータ１０５の電流を測
定することによって、切削スラストの測定が可能にな
る。

【００２７】（３）切削スラスト制御加工 ボイスコイルモータ１０５のダイレクト駆動を用いて、
推力制御を行うと、送り速度を制御する加工ではなく、
切削スラストを制御する加工が可能になる。プリント回
路基板のような加工物は、加工し難い銅箔層と、比較的
に加工し易い絶縁層とが重なっている。その場合、銅箔
層では送り速度を小さくし、絶縁層では送り速度を大き
くしても、大きな切削力がかかることはなく、全体的な
加工速度の向上が期待できる。切削スラストを一定にし
た加工を行うと、加工負荷に合わせて送り速度が自動的
に決まる。

【００２８】下記のように切削スラストを一定にする加
工を行うことができる。 位置制御モードに設定し、一定送り速度で穴加工を始
める。 加工中、切削スラストが閾値を超えると、中央制御器
１００からのモード指令により、切り換えスイッチ１０
３によって、位置制御モードから推力制御モードへ切り
換える。

【００２９】中央制御器１００からの推力指令値を、
閾値から設定値まで次第に増加させる。 推力指令値が設定値まで増加したら、推力指令値を一
定に維持する。 もし、送り速度が最小速度設定値以下になって設定時
間を超えると、位置制御モードへ切り換え、可動部１０
６を急速後進させ、切屑を排出し、早送り速度で加工再
開直前位置まで可動部１０６を送り、加工送り速度で加
工を再開する。上記へ戻る。

【００３０】変位センサ（位置センサ）１０８の信号
から、指示された深さまでの加工が終わったことがわか
ると、位置制御モードへ切り換え、ドリル４０を原点に
戻す。 （４）ドリルの折れ検出 ドリル４０が加工中折れてしまった場合、ドリル４０が
折れたまま次の穴加工を続けてはいけない。上記の切削
スラスト測定機能を用いると、別途のセンサを設けるこ
となく、ドリル４０の折れ検出が可能になる。すなわ
ち、ドリル４０が折れた場合、加工が始まる距離をスピ
ンドルが移動しても、切削スラストが検出されないか
ら、ドリル４０が折れていることがわかる。

【００３１】（５）軸方向への支持剛性調整 可動部制御系の位置制御ゲインを変えることによって、
スピンドル軸方向への支持剛性を変えることができる。
支持剛性を適当に減らして加工すると、加工時切削力の
急増を緩和する効果が生じる。それは、支持剛性が小さ
い場合、スプリングを通してスピンドルを動かすことと
同じ状態であるから、ドリルに加わる外力が増加する場
合、スピンドルの送り速度が自動的に減るためである。
そのため、支持剛性を適切に減らすと、突発的な大きな
力がドリルに加わることが避けられ、ドリルの初期位置
設定等にも役に立つ。

【００３２】（６）加工面までの距離測定 多層基板のブラインドホール加工等正確な深さを要する
穴加工のためには、ドリル４０を交換した時、ドリル４
０の先端から加工面までの距離を測定して初期位置を設
定する必要がある。軸方向支持剛性調整機能とスラスト
測定機能とを用いると別途のセンサを設けることなく、
加工面までの距離測定が可能になる。

【００３３】ドリル４０は回転させずに、軸方向の支持
剛性を小さくした状態で、位置指令発生器１０１へ小さ
い送り速度指令値を設定して、可動部１０６をゆっくり
下げながら、スラスト（ドリル４０が加工面に接触する
ことによるスラスト）が検出されるかを継続的にチェッ
クする。スラストが検出される時の変位が原点から加工
面までの距離である。スラストが検出されると、可動部
１０６をすぐ後進させる。軸方向の支持剛性を小さくし
た状態で可動部１０６を下げるようにしたのは、ドリル
４０が加工面と接触する時、大きな力が加わって、ドリ
ル４０が折れることを防止するためである。

【００３４】あるいは、上記のような加工前の初期位置
設定無しで、加工を始め、ドリルが加工面に接触する
時、すなわち、実際の加工が始まる時のスラスト増加を
検出して、初期位置を設定することもできる。次に、本
発明の第２実施例について説明する。図３は本発明の第
２実施例を示すボイスコイルモータを用いた小径穴加工
用自動ボール盤の要部斜視図である。第１実施例と同じ
箇所には同じ符号を付してその説明は省略する。

【００３５】図３に示すように、この実施例ではボイス
コイルモータ６４を１台だけ用いている。ボイスコイル
モータ６４を１台だけ用いる場合は、クロスローラテー
ブルにかかるモーメントが大きくなるから、クロスロー
ラテーブルの定格荷重と精度とを十分考慮する必要があ
る。次に、本発明の第３実施例について説明する。

【００３６】図４は本発明の第３実施例を示すボイスコ
イルモータを用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部の
斜視図、図５はその要部の断面図である（なお、スピン
ドルモータ３０は切断されていない）。これらの図にお
いて、１１１はボイスコイルモータのヨーク、１１２は
ボイスコイルモータの永久磁石、１１３はボイスコイル
モータの可動子、３０はスピンドルモータ、２６，２
７，２８は直進及び回転運動するガイドベアリングの外
筒、ボール、内輪をそれぞれ示す。２９はボイスコイル
モータのヨーク１１１とガイドベアリングの外筒２６と
を連結し、加工機の本体（図４には図示なし）に固定さ
れる部分であるハウジングを示す。

【００３７】図４において、５１，５２は変位センサで
あるリニアスケールであり、５１がスケール、５２が検
出ヘッドを示す。２３はスケールホルダ、７１〜７５は
スピンドルモータ外筒等の回転を防ぎ、切削トルクを測
定するための部分であり、７０は加工物、７１はガイド
レール、７２はガイドベアリング、７３は力を測定する
ロードワッシャ、７４と７５は取り付け具を示す。

【００３８】本発明の第３実施例を示すボイスコイルモ
ータを用いた小径穴加工用自動ボール盤の構成につい
て、図４及び図５を用いて説明する。図５に示すよう
に、ボイスコイルモータのヨーク１１１は中が空いてい
る形状であり、その空いている所にスピンドルモータ３
０が入る。ボイスコイルモータの可動子１１３の中央に
スピンドルモータ３０の後部を固定し、そのスピンドル
モータ３０の前部にガイドベアリングの内輪２８を装着
する。

【００３９】ハウジング２９はガイドベアリングの外筒
２６とボイスコイルモータのヨーク１１１とを連結し、
加工機の本体（図示なし）に固定される。ガイドベアリ
ングの外筒２６、ボール２７、内輪２８は直進運動だけ
でなく回転運動もできるタイプであるから、切削トルク
によって生じるスピンドルモータ外筒での反力トルク
は、スピンドルモータ外筒の後部まで伝達される。

【００４０】図４において、７１〜７５はスピンドルモ
ータ外筒等の回転を防ぎ、切削トルクを測定するための
部分である。スピンドルモータ外筒での反力はボイスコ
イルモータの可動子１１３と取り付け具７５とを通して
ロードワッシャ７３に伝わる。ガイドレール７１、ガイ
ドベアリング７２、取り付け具７４による直動機具は、
モータ軸方向への直線運動だけ可能にし、円周方向の運
動は防いでいるので、スピンドルモータ外筒での反力ト
ルクはロードワッシャ７３の両面に加わる力になって、
ロードワッシャ７３に加わる力を測定すると、スピンド
ルモータ外筒での反力トルクが測定できる。（反力トル
ク＝ロードワッシャに加わる力×ロードワッシャからス
ピンドルモータの中心線までの距離）切削トルクとスピ
ンドルモータ外筒での反力トルクとには次の式が成り立
つ。

【００４１】

【数１】 上式によると、スピンドルモータの回転子の回転速度が
一定であれば、切削トルクはスピンドルモータ外筒での
反力トルクと等しい。もし、回転子の角加速度が測定可
能であれば、スピンドルモータの回転子の回転速度が変
わっても、切削トルクを測定できる。

【００４２】図４及び図５において、ボイスコイルモー
タの可動子１１３、スピンドルモータ３０、ガイドベア
リングの内輪２８、リニアスケールの検出ヘッド５２、
取り付け具７４，７５、ロードワッシャ７３、ガイドベ
アリング７２は一体であり、可動部を構成している。ボ
イスコイルモータのヨーク１１１、ボイスコイルモータ
の永久磁石１１２、ハウジング２９、ガイドベアリング
の外筒２６、スケールホルダ２３、スケール５１、ガイ
ドレール７１は一体であり、加工機の本体（図示なし）
に固定される。

【００４３】本発明の第３実施例を示すボイスコイルモ
ータを用いた小径穴加工用自動ボール盤では、スピンド
ルモータ軸とボイスコイルモータの推力中心線が一致し
ており、第２実施例のような不平衡力は生じない。ま
た、スピンドルモータ外筒での反力を測ると、切削トル
クを測定することができる。図６は本発明の第４実施例
を示すボイスコイルモータを用いた小径穴加工用自動ボ
ール盤の要部斜視図である。

【００４４】この図において、１１，１２はボイスコイ
ルモータ、３０はスピンドルモータを示す。８０はボー
ルスプライン、１はスピンドル、２はスピンドル支持ブ
ロックを示す。２４，２５は可動部が直進運動するよう
に案内するクロスローラテーブルの移動部と固定部を示
す。２０，２１はボイスコイルモータ１１，１２の出力
軸とスピンドル支持ブロック２を連結する連結具を示
す。５１，５２は変位センサであるリニアスケールであ
り、５１はスケール、５２が検出ヘッドを示す。４０は
ドリル、７０は加工物である。

【００４５】図６において、スピンドルモータ３０、ボ
イスコイルモータ１１，１２の固定部、クロスローラテ
ーブルの固定部２５、リニアスケールの検出ヘッド５２
は、加工機の本体（図示なし）に固定され、ボールスプ
ライン８０はスピンドルモータ３０の軸に固定される。
外の部分はスピンドルと一緒に直線運動する可動部であ
る（加工物７０除外）。

【００４６】図６に示すように、スピンドルモータ３０
の出力は、ボールスプライン８０を通して、スピンドル
１に伝達される。そのため、スピンドル１が直線運動し
ても、スピンドルモータ３０の回転力はスピンドル１へ
伝達される。スピンドル１はスピンドル支持ブロック２
の中で自由に回転することができるが、軸方向への運動
はできないように拘束されている。そのため、スピンド
ル支持ブロック２を直線運動させると、スピンドル１も
スピンドル支持ブロック２と一緒に直線運動する。

【００４７】スピンドル支持ブロック２は、クロスロー
ラテーブルの移動部２４に固定され、直線運動するよう
に案内される。スピンドル支持ブロック２の両側面に
は、ボイスコイルモータ１１，１２の出力軸とスピンド
ル支持ブロック２を連結する連結具２０、２１が装着さ
れる。スピンドル支持ブロック２の前面にはスケール５
１が設けられる。ボイスコイルモータに元々装着されて
いた直進ベアリングは取り出し、クロスローラテーブル
だけによって可動部を支持する。

【００４８】本発明の第４実施例を示すボイスコイルモ
ータを用いた小径穴加工用自動ボール盤では、ボイスコ
イルモータ１１，１２の推力によって、スピンドル１を
含めた可動部が直線運動するが、スピンドルモータは一
緒に直線運動しないので、可動部の質量を小さくするこ
とができる。また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらは本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （Ａ）スピンドルの送り加速度と最高送り速度とが高く
なって、全体加工時間を短縮することができる。

【００５０】（Ｂ）スピンドルの移動方向へのバックラ
ッシが無くなり、制御性の向上を図ることができ、加工
する穴の深さが正確になる。 （Ｃ）別途のセンサを設けることなく、切削スラストの
測定が可能になる。 （Ｄ）別途のセンサを設けることなく、ドリル折れの検
出が可能になる。 （Ｅ）別途のセンサを設けることなく、ドリル先端から
加工面までの距離測定が可能になる。

【００５１】（Ｆ）スピンドルの軸方向支持剛性を小さ
くすることができ、初期位置設定等の際、ドリル折れの
恐れが軽減される。 （Ｇ）切削スラスト制御加工が行え、加工時間を短縮す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すボイスコイルモータ
を用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部斜視図であ
る。

【図２】本発明の実施例を示す小径穴加工用自動ボール
盤の主要部の可動部制御系の構成図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すボイスコイルモータ
を用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部斜視図であ
る。

【図４】本発明の第３実施例を示すボイスコイルモータ
を用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部の斜視図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例を示すボイスコイルモータ
を用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部の断面図であ
る。

【図６】本発明の第４実施例を示すボイスコイルモータ
を用いた小径穴加工用自動ボール盤の要部斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ スピンドル ２ スピンドル支持ブロック １１，１２，６４，１０５ ボイスコイルモータ ２０，２１ 連結具 ２２ モータホルダ ２３ スケールホルダ ２４ クロスローラテーブルの移動部 ２５ クロスローラテーブルの固定部 ２６ ガイドベアリングの外筒 ２７ ガイドベアリングのボール ２８ ガイドベアリングの内輪 ２９ ハウジング ３０ スピンドルモータ ４０ ドリル ５１，５２，１０８ 変位センサ（リニアスケール） ５１ スケール（変位センサ） ５２ 検出ヘッド（変位センサ） ６０ 速度センサ ７０ 加工物 ７１〜７５ 切削トルクを測定するための部分 ７１ ガイドレール ７２ ガイドベアリング ７３ ロードワッシャ ７４，７５ 取り付け具 ８０ ボールスプライン １００ 中央制御器 １０１ 位置指令発生器 １０２ 制御器 １０３ 切り換えスイッチ １０４ 電流アンプ １０６ 可動部 １０７ 速度センサ １１１ ボイスコイルモータのヨーク １１２ ボイスコイルモータの永久磁石 １１３ ボイスコイルモータの可動子

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小径穴加工用自動ボール盤において、
   （ａ）ドリルが装着されるスピンドルと、（ｂ）該スピ
   ンドルを回転させるスピンドルモータと、（ｃ）前記ス
   ピンドルを直線運動させるボイスコイルモータと、
   （ｄ）前記スピンドルの変位を検出する変位センサと、
   （ｅ）前記スピンドルの直線運動を制御する制御手段と
   を備え、（ｆ）前記ボイスコイルモータで前記スピンド
   ルを後進させ、一定な位置を維持させ、前記ドリルの下
   に加工物をセットし、前記スピンドルモータで前記スピ
   ンドルを回転させ、前記ボイスコイルモータで前記スピ
   ンドルを送ることにより、ドリリングし、指示された深
   さまでドリリングしたことを前記変位センサの信号から
   判断し、前記ボイスコイルモータで前記スピンドルを後
   進させることを特徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記ボイスコイルモータに流れる電流を測
   定し、ボイスコイルモータの電流と推力とが比例するこ
   とを用いて、前記ドリルに加わる軸方向外力が測定でき
   るようにしたことを特徴とする小径穴加工用自動ボール
   盤。
3. 【請求項３】 請求項２記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記ボイスコイルモータに流れる電流を測
   定して、切削スラストが測定できるようにしたことを特
   徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
4. 【請求項４】 請求項３記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記ボイスコイルモータに流れる電流を測
   定して、切削スラストを測定することにより、前記ドリ
   ルが折れているか否かを検出する機能を有することを特
   徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
5. 【請求項５】 請求項２記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記ドリルに加わる軸方向外力の測定値と
   前記変位センサの変位測定値とを用いて、加工面までの
   距離を測定することを特徴とする小径穴加工用自動ボー
   ル盤。
6. 【請求項６】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記ボイスコイルモータに流れる電流を制
   御することにより、切削力を制御しながら、穴加工を行
   うことを特徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
7. 【請求項７】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記制御器での位置制御ゲインを小さくす
   ることにより、前記スピンドルの軸方向支持剛性を小さ
   くした状態で、穴加工、加工位置設定または加工面まで
   の距離測定を行うことを特徴とする小径穴加工用自動ボ
   ール盤。
8. 【請求項８】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記スピンドルは前記スピンドルモータの
   回転軸と一体になっており、前記スピンドルとスピンド
   ルモータとが一緒に直線運動するダイレクトドライブ方
   式のスピンドルを有することを特徴とする小径穴加工用
   自動ボール盤。
9. 【請求項９】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボール
   盤において、前記スピンドルモータは固定されており、
   前記スピンドルだけが直線運動することを特徴とする小
   径穴加工用自動ボール盤。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボー
    ル盤において、前記変位センサだけでなく速度センサを
    も備えることを特徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の小径穴加工用自動ボー
    ル盤において、２台以上のボイスコイルモータを用いる
    ことを特徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の小径穴加工用自動ボ
    ール盤において、２台以上のボイスコイルモータのコイ
    ルを直列連結して１台の駆動アンプで駆動することを特
    徴とする小径穴加工用自動ボール盤。
13. 【請求項１３】 請求項８又は請求項９記載の小径穴加
    工用自動ボール盤において、１台のボイスコイルモータ
    を用い、該ボイスコイルモータの推力中心線と前記スピ
    ンドルの中心線とが一致していることを特徴とする小径
    穴加工用自動ボール盤。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の小径穴加工用自動ボ
    ール盤において、前記ボイスコイルモータのヨークの中
    が空いており、その空いている所に前記スピンドルモー
    タ又はスピンドルが入ることを特徴とする小径穴加工用
    自動ボール盤。