专利名称：主轴装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及印刷基板打孔机等的机床中的主轴装置，具体涉及将工具保持在具有槽的弹簧夹头中的主轴装置。
背景技术：
图6是表示印刷基板打孔机中的以往的主轴装置的正面剖视图。在该图中，在壳体10的中心部配置有主轴1。在主轴1的轴方向的中心部，形成有有底孔7、和与该有底孔7的底面的中心部分连接且向前端侧(图中的下端侧)扩径的凹形锥面1t。
弹簧夹头2的外周形成有具有与锥面1t相同角度的凸形锥面2t，且在中心部分穿通设置有沿轴方向延伸的与钻头(工具)3结合的孔4。另外，弹簧夹头2具有多个切槽(槽)(未图示)，该多个切槽形成为从锥面2t到达孔4，且在圆周方向上相隔等角度的间隔。另外，在印刷基板加工机中所使用的工具3的柄杆部(被弹簧夹头2保持的部分)的直径与工具3的标称直径无关，形成为相同的直径。
在弹簧夹头2的后端侧(图中的上侧)，固定有顶杆5，在顶杆5的外周固定有导套6。在有底孔7的底面与导套6之间压缩设置有碟形弹簧8，该碟形弹簧8对弹簧夹头2朝向图的上方进行施力。而且，通过使锥面2t与锥面1t紧密接触，使弹簧夹头2向内径方向弹性变形而闭合，利用孔4内面与钻头3表面之间的摩擦力来将钻头3牢固地保持。
在壳体10内形成有滑动自如及旋转自如地嵌合主轴1的孔11。该孔11的轴方向大致中央部的与转子9相对置的位置上，配置有线圈(定子)12。线圈12与省略了图示的变换器电源连接。
在壳体10的与孔11相面对的部分上，以朝向直径方向且在轴线O方向相隔规定的间隔的方式，设有构成锐孔收缩形的轴颈气体轴承的多个供气孔13。供气孔13喷出气体(这里是压缩空气)的方向是与轴线O正交的方向，在图示的场合下，在线圈12的上下分别各配置有2列。供气孔13分别与省略了图示的(第一)供给口连接(连通)。
在孔11的后端侧(图中的上侧)，设有环状凹部11d，该环状凹部形成为能够容纳配置在主轴1后端侧的凸缘1f。在该环状凹部11d中的与凸缘1f相对置的上下两面上，形成有朝向圆周方向的多个供气孔15。这些多个供气孔15，以供气方向分别朝向轴线O方向，且与被省略了图示的(第二)供气口连接的方式，构成推力气体轴承。
在壳体10的上部固定有汽缸25。推杆20的一端(图中的上端)固定在活塞22上。活塞22配置在汽缸25的腔室25a内，由这些活塞和汽缸构成气动驱动器。活塞22上侧的腔室25a，通过形成于汽缸25的供给口23和与供给口23连接的管路40，而与三通电磁阀30的汽缸口30A连接。活塞22的下侧的腔室25a通过形成在汽缸25下部的贯通孔24和孔25b，与孔11连通。配置在腔室25a内的弹簧26对活塞22向图中的上方进行施力。
三通电磁阀30的供给口30P通过管路41与压缩空气源90连接，排出口30R打开。三通电磁阀30的线圈30C与控制印刷基板加工机整体的NC装置100连接。
下面，对具有上述构成的以往的主轴装置的动作进行说明。
在更换钻头3时，将三通电磁阀30开启，即向线圈30C供给电力。于是，供给口30p与汽缸口30A连通，来自压缩空气源90的压缩空气从供给口23供给到腔室25a内，而克服弹簧26使活塞22下降。随着活塞22的下降，推杆20向图中的下方移动，并推压顶杆5，且克服碟形弹簧8的作用力，使弹簧夹头2向图中的下方移动。
当弹簧夹头2的锥面2t从锥面1t离开后，由于作用于弹簧夹头2的内径方向的力消失，所以能够容易地将钻头3从弹簧夹头2上取下。然后，在将其他钻头3插入到弹簧夹头2后，关闭三通电磁阀30时，汽缸口30A与排出口30R连通，释放上述腔室25a内的压缩空气，活塞22利用弹簧26的作用力(复原力)而上升。随之推杆20向图中的上方移动，利用碟形弹簧8的作用力，锥面2t压接到锥面1t，而闭合弹簧夹头2，从而将钻头牢固地保持在主轴1上。
然后，从未图示的供给口供给压缩空气。于是，主轴1利用轴颈气体轴承的功能，以使其轴线与孔11的轴线O一致的方式，被支撑在直径方向上，并且利用推力气体轴承的功能，而被支撑在轴线O方向上。在该状态下，向线圈12供给电流时，利用线圈12中产生的磁场，而在转子9产生转矩，从而使主轴1旋转。
以下，NC装置100，利用未图示的机构，使壳体10在轴线O方向上移动，且利用钻头3来对工件进行加工。
另外，在作为工具保持机构的弹簧夹头2的内面附着有污物、以及弹簧8已老化的场合下，弹簧夹头2保持工具1的保持力(以下称为“工具保持力”)将下降。当工具保持力下降时，加工时钻头3相对弹簧夹头2在直径方向和/或轴方向上滑动，而产生加工不良。
因此，有一种在支撑工件的工作台上配置用于检查工具保持力的工具保持力检查装置，且在检查完工具保持力之后进行加工的加工装置(专利文献1)。
根据该技术，由于作业者不需要检查工具保持力，所以容易进行维护管理，而且可提高加工品质和工作效率。
]特开2004-130502号公报但是，上述加工装置由于必须将工具保持力检查装置配置在工作台上，所以装置变得大型化。另外，在弹簧已老化的场合下，用于特定工具保持力的低下是否出于弹簧老化的原因，而需要时间。
发明内容
本发明的目的是解决上述课题，且提供一种能够使装置小型化，而且能够容易特定弹簧寿命的主轴装置。
本发明人根据对工具保持力的低下的原因进行调查的结果，着眼于寻找弹簧已到达寿命时的原因而需要时间的情况，发现为了解决上述课题，可根据在规定加压力下的弹簧(施力机构)的变位量或弹簧的反作用力，来特定弹簧寿命。
而且，本发明的第1方式是一种主轴装置，其包括弹簧夹头，其轴方向的外周面的一部分形成为锥面，在该锥面上具有轴方向的槽；主轴，其具有与上述锥面结合的锥面；施力机构，其对上述弹簧夹头向上述主轴施力，以便使上述弹簧夹头卡止工具；棒状部件，其克服上述施力机构来按压上述弹簧夹头，而释放上述弹簧夹头对工具的卡止，该主；轴装置的特征在于，还包括规定压施加机构，其能够对上述棒状部件施加预定的力；测定机构，其测定上述棒状部件的移动量；判定装置，其在由上述规定压施加机构按压了上述棒状部件时的上述棒状部件的移动量超过了预定的值的场合下，判断为上述施力机构到达了寿命。
上述棒状部件在气动驱动器的驱动下移动，并克服上述施力机构来释放上述弹簧夹头，上述规定压施加机构是设置在上述气动驱动器的空气压供给路中的减压阀。
另外，本发明的第2方式是一种主轴装置，其包括弹簧夹头，其轴方向的外周面的一部分形成为锥面，在该锥面上具有轴方向的槽；主轴，其具有与上述锥面结合的锥面；施力机构，其对上述弹簧夹头向上述主轴施力，以便使上述弹簧夹头卡止工具；棒状部件，其克服上述施力机构来按压上述弹簧夹头，而释放上述弹簧夹头对工具的卡止，该主轴装置的特征在于，还包括测定机构，其测定从上述施力机构作用于上述棒状部件上的压力；判定装置，其在所测定的上述压力小于预定的值的场合下，判断为上述施力机构到达了寿命。
上述测定机构是设置在上述棒状部件的前端的压电元件，其与支撑上述施力机构且与该施力机构的变形一同移动的顶杆相抵接，来测定来自该施力机构的压力。
上述棒状部件在气动驱动器的驱动下移动，并克服上述施力机构来释放上述弹簧夹头，上述测定机构根据基于上述气动驱动器的上述棒状部件的移动来进行测定。
由于不需要在工作台上配置工具保持力检查装置，所以能够实现装置的小型化，并且能够即时判定弹簧的寿命，因此，可提高作业效率。
图1是本发明第1实施方式涉及的主轴装置的正面剖视图。
图2是本发明第2实施方式涉及的主轴装置的正面剖视图。
图3是本发明第3实施方式涉及的主轴装置的正面剖视图。
图4是本发明第4实施方式涉及的主轴装置的正面剖视图。
图5是表示推杆的动作次数与压力传感器的输出电压的关系的图。
图6是印刷基板打孔机中的以往的主轴装置的正面剖视图。
图中符号说明如下1-主轴；1t-锥面； 2-弹簧夹头；2t-锥面；8-弹簧(施力机构)； 20-推杆(棒状部件)；22-活塞(气动驱动器)； 30-三通电磁阀；31-三通电磁阀； 32-减压阀(规定压施加机构)；30A、30P、42、90-空气压供给路； 71-挡板；72-传感器(测定机构)； 81-压电传感器(测定机构)；95-判定装置(判定机构)。
具体实施例方式
下面，参照附图，对本发明进行说明。
图1是本发明第1实施方式涉及的主轴装置的正面剖视图，对于与图6中相同的部分或相同功能的部分赋予相同的符号，并省略重复说明。
在与压缩空气源90的出口连接的管路41中，配置有二位三通切换电磁阀31和减压阀32。三通电磁阀31的供给口30P与压缩空气源90和减压阀32的入口连接。三通电磁阀31的汽缸口31A通过管路42与三通电磁阀30的供给口30P连接。三通电磁阀31的排出口31R与减压阀32的出口连接。三通电磁阀31的线圈31C和电磁阀30的线圈30c一同与NC装置100连接。减压阀32中，其入口侧与空气源连通，其出口侧的压力与入口侧压力无关，输出预定的规定设定压，并构成规定压施加机构。
在壳体10的上端配置有传感器72。传感器72在与设置在推杆(棒状部件)20上的挡板71相对置时，处于导通状态，而构成测定棒状部件(顶杆)的移动量的测定机构。传感器72与判定装置95连接。判定装置95在传感器72为导通时，向NC装置100输出表示传感器72处于导通状态的信号，而在传感器72为断开时，向NC装置输出表示传感器72处于断开状态的信号。在推杆20上固定有挡板71。另外，挡板1被如下定位。
即，将减压阀32调整为活塞22的加压力成为满足规格的最小加压力。在此状态下，开启三通电磁阀30和三通电磁阀31，使活塞22下降。然后，将挡板71定位在活塞22停止的位置，即在活塞22的加压力与弹簧8的回弹力平衡的位置上时传感器72导通，而在移动到比传感器72更下方的位置时传感器72定位在不导通的位置，并固定在推杆20上。
下面，说明本实施方式的动作。
在开始加工之前，或每经过预定的时间时，开启三通电磁阀30和三通电磁阀31。于是，在腔室25a内被供给由减压阀32规定的压力的压缩空气，而使活塞22下降。在经过预定的时间时，判定装置95检查传感器72的输出。
在弹簧8未达到寿命的场合下，在活塞22停止的位置上，挡板71与传感器72相对置，传感器72导通。确认了传感器72为导通的情况的判定装置95向NC装置100输出加工许可信号。加工许可信号，即确认了弹簧8未达到寿命的情况的NC装置100，将三通电磁阀30和三通电磁阀31关闭，等待之后的作业开始指令。
另外，在弹簧8达到了寿命的场合下，由于推杆20进一步下降，所以挡板71从与传感器72相对置的位置错开，不输出检测信号。在此，判定装置95向NC装置100输出不能加工的信号，并且使例如未图示的报警装置动作。另外，接收到不能加工的信号的NC装置100不进行以后的作业，直到弹簧8被更换为止。
但是，在本实施方式的场合下，由于主轴1随着壳体10的移动，而在轴线方向(上下方向)上移动，所以需要加大使主轴1移动的移动机构的能力，但如果构成为使主轴1能够相对壳体10移动，则能够提高主轴1的响应速度。
图2是表示本发明的第2实施方式的图，对于与图1和图6中相同的部分或具有相同功能的部分赋予相同的符号，并省略重复说明。
在设置在主轴套50下部的凸缘部50f内部，设有能够容纳主轴1的凸缘1f的环状凹部50d。在该环状凹部50d中的与凸缘1f相对置的上下两面上，在圆周方向上形成有多个供气孔15。这些多个供气孔15以供气方向分别朝向轴线O的方向，且与未图示的(第二)供给口连接的方式，构成推力气体轴承。
凸缘部50f被配置在形成于壳体10的空间10k的内部，且在轴线O方向上移动自如。空间10k的轴线O方向长度比凸缘部50f的长度长出长度G。在主轴套的与传感器72相对的位置上，设有对主轴套50沿轴线方向进行切槽而形成的切槽50a。
主轴套50由轴承51支撑，且在轴线O方向上移动自如。轴承51被保持在壳体10上。主轴套50的上端利用未图示的螺栓被固定在可动元件52的下端。
在可动元件52的侧面，配置有与线圈53a一同形成线性马达53的磁铁53b。线圈53a被配置在与磁铁53b相对置的基座54上。而且，当向线圈53a供给电流时，可动元件52沿轴线O移动。在磁铁53b与基座54之间配置有弹簧55。弹簧55隔着磁铁53b对可动元件52向图中的上方施力。其结果，在线性马达53为断开的场合下，在凸缘部50f的下端与空间10k的底部之间形成有高度为G的间隙。
基座54被固定在平板56上。另外，在本实施方式中的壳体10被固定在未图示的平板56的支撑部件上。汽缸15被固定在基座54的上部。被固定在活塞22上的推杆20贯通可动元件52和主轴套50，下端与顶杆5的上端相对置。传感器72被配置在壳体10的上部。
对于挡板71相对推杆20的安装位置，在将主轴1定位在移动的上端侧(图中的场合)的状态下，与上述第1实施方式的场合同样地进行定位。另外，也可以在将主轴1定位在移动的下端侧的状态下，确定挡板71相对推杆20的安装位置。
在本实施方式中，通过利用线性马达53使可动元件以及与其一体的主轴套50在上下方向上移动，经由凸缘部50f和凸缘1f使主轴1在上下方向上移动。
而且，通过开启三通电磁阀30，并向腔室25a供给由减压阀32规定的规定压力的压缩空气，而使活塞22和推杆20向下方移动。推杆20的前端与顶杆51抵接，一边使弹簧8变形，一边移动，在挡板71从与传感器72相对置的位置移动到错开的位置时，判断装置95判断为弹簧8到达了寿命。
但是，在本第2实施方式的场合下，由于构成为推杆20贯通可动元件52和主轴套50的构造，所以构造变得复杂。
图3是表示本发明的第3实施方式的图，其中对于与图1、图2以及图6中相同的部分或具有相同功能的部分赋予相同的符号，并省略重复说明。
汽缸60与基座54并列地被固定在平板56上。在汽缸60的活塞杆60a的前端固定有引导部件61。引导部件61上固定有轴62。在杠杆63的一端形成有长孔63a。该长孔63a与轴62卡合。杠杆63可绕轴64的圆周自由旋转。轴64由被支撑在平板56上的块状物65来支撑。杠杆63的另一端与推杆20相对置。
在推杆20上固定有限动部件66。在限动部件66与主轴套50之间配置有弹簧67。通过弹簧67在推杆20的前端(下端)与顶杆5的上端之间形成有间隙。
在本实施方式中，取代图2中的三通电磁阀30而使用五通电磁阀33。在五通电磁阀33关闭的场合下，压缩空气被供给到汽缸60的上侧，此时，杠杆63的前端从推杆20离开。当向五通电磁阀33的线圈33c供给电流时，活塞60p上升，使杠杆63向逆时针方向旋转，向下按压推杆20。
在本实施方式中，取代利用活塞直接移动推杆20，而是通过杠杆63移动推杆20，由于动作实质上与第2实施方式相同，所以省略详细说明。
但是，通常不会变更供给到活塞22上侧的腔室25a的空气压。下面，对未设置有规定压施加机构的场合进行说明。
图4是表示本发明的第4实施方式的图，其中对于与图1和图6中相同的部分或具有相同功能的部分赋予相同的符号，并省略重复说明。
在推杆20的前端部配置有凹部20a。在凹部20a中，配置有由压电元件(压电元件)构成的压力传感器81。压力传感器81的前端(图中的下端)从推杆20的前端突出0.5～1mm。形成在推杆上的L字形的孔20，其一端在凹部20a开口，另一端在形成在汽缸壳体25上的孔25b内开口。压力传感器81的信号线84穿过孔20b，并通过设在壳体25上的贯通孔83与判定装置95连接。在判定装置95中，预先输入有后述的输出电压值E1。
图5是表示推杆20的动作次数N(即碟形弹簧8的动作次数)与从设置在压力传感器81中的压电元件输出的输出电压E(碟形弹簧8的反作用力，即工具保持力)之间的关系的图。如该图所示，当推杆20的动作次数达到一定的次数时，输出电压E逐渐降低，在输出电压E下降到图中虚线所示的规定值E1以下时，不能牢固地保持工具3。因此，将输出电压值E1作为电压的最小值预先输入到判定装置95中。即，压力传感器测定从弹簧8作用于推杆20的压力，在作用于腔室25a的空气压为一定以上时，通过检测出弹簧8的反作用力(应力)，来检测出弹簧8的疲劳度，由此当输出电压E达到规定值E1以下时，判断为达到了寿命。
下面，对本实施方式的动作进行说明。
当为了释放弹簧夹头2而使推杆20下降时，压力传感器81被按压在顶杆5上，结果随着推杆20的下降，碟形弹簧8的反作用力施加于压力传感器81上。因此，在使推杆20动作时，监视压力传感器81的输出电压E。然后，在将推杆20(通常，推杆20的全程移动量为3mm左右)移动了所希望的量时的输出电压E的值未达到E1的场合下，判定为碟形弹簧8到达了寿命，判定装置95将不能加工的信号输出到NC装置100，同时，使例如未图示的报警装置动作。另外，接收到不能加工的信号的NC装置100不进行之后的作业，直到弹簧8被更换为止。
在本实施方式的场合下，由于使用在进行弹簧夹头2的更换时的推杆20的移动机构，来替代了上述第1～第3实施方式中所需要的规定压施加机构，所以，实质上不需要在上述第1～第3实施方式中所需要的规定压施加机构，简化了构造。而且，由于在每次使推杆20动作时检查工具保持力，所以在工具保持力下降时可随时进行维护。从而，与上述第1～第3实施方式的场合相比，可进一步提高作业效率。
另外，在构成为使NC装置100具备判定装置95的功能的场合下，也可以不用另外设置专用的判定装置95。
权利要求
1.一种主轴装置，其包括弹簧夹头，其轴方向的外周面的一部分形成为锥面，在该锥面上具有轴方向的槽；主轴，其具有与上述锥面结合的锥面；施力机构，其对上述弹簧夹头向上述主轴施力，以便使上述弹簧夹头卡止工具；棒状部件，其克服上述施力机构来按压上述弹簧夹头，而释放上述弹簧夹头对工具的卡止，该主轴装置的特征在于，还包括规定压施加机构，其能够对上述棒状部件施加预定的力；测定机构，其测定上述棒状部件的移动量；判定装置，其在由上述规定压施加机构按压了上述棒状部件时的上述棒状部件的移动量超过了预定的值的场合下，判断为上述施力机构到达了寿命。
2.根据权利要求1所述的主轴装置，其特征在于，上述棒状部件在气动驱动器的驱动下移动，并克服上述施力机构来释放上述弹簧夹头，上述规定压施加机构是设置在上述气动驱动器的空气压供给路中的减压阀。
3.一种主轴装置，其包括弹簧夹头，其轴方向的外周面的一部分形成为锥面，在该锥面上具有轴方向的槽；主轴，其具有与上述锥面结合的锥面；施力机构，其对上述弹簧夹头向上述主轴施力，以便使上述弹簧夹头卡止工具；棒状部件，其克服上述施力机构来按压上述弹簧夹头，而释放上述弹簧夹头对工具的卡止，该主轴装置的特征在于，还包括测定机构，其测定从上述施力机构作用于上述棒状部件的压力；判定装置，其在所测定的上述压力小于预定值的场合下，判断为上述施力机构到达了寿命。
4.根据权利要求3所述的主轴装置，其特征在于，上述测定机构是设置在上述棒状部件前端的压电元件，其与支撑上述施力机构且与该施力机构变形一同移动的顶杆相抵接，来测定来自该施力机构的压力。
5.根据权利要求3或4所述的主轴装置，其特征在于，上述棒状部件在气动驱动器的驱动下移动，并克服上述施力机构来释放上述弹簧夹头，上述测定机构根据基于上述气动驱动器的上述棒状部件的移动来进行测定。
全文摘要
本发明提供一种能够实现装置的小型化，且能够容易判定弹簧夹头的工具保持用弹簧的寿命的主轴装置。其中，预先调整减压阀(32)，使活塞(22)的加压力成为满足规格的最小加压力。开启三通电磁阀(30)和三通电磁阀(31)，在活塞(22)停止的位置，即活塞(22)的加压力与弹簧(8)的回弹力达到平衡的位置上，且推杆(20)的传感器(72)导通的位置上，配置挡板(71)。而且，在开启了三通电磁阀(30)和三通电磁阀(31)时传感器(72)未导通的场合下，判断为弹簧(8)到达了寿命。
文档编号B23B31/117GK1970204SQ200610145780
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年11月22日
发明者结城彻, 铃木伸彦, 长沢胜浩, 桥本崇之 申请人:日立比亚机械股份有限公司