JP2006088234A - 融解・凝固式ワーク固定装置およびそれを用いた機械加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの穴開け加工時に発生するバリによって、ワークが固定台から浮き上がってしまうことを防止する。
【解決手段】 固定台２０は、ワーク４０が設置される面において、ワーク固定剤３０を流入させる溝部２１と、ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃと、を有しており、 これらバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃは、溝部２１とそれぞれ繋がっていると共に、ワーク固定剤３０が流入するようになっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、薄板のワークに穴開け加工を施すことができる融解・凝固式ワーク固定装置およびそれを用いた機械加工方法に関する。

従来より、磁石式ワーク固定法が使えないステンレス、非鉄金属、セラミックスなどの材料でできたワーク、その場合でも特に薄板や強度が弱くて壊れやすいものを融解・凝固式ワーク固定剤を介して固定台に固定し、切削加工等の機械加工を行う加工方法が実施されている。

このような機械加工法では、溝が形成された固定台にワークを搭載し、例えばパラフィンなどからなる融解・凝固式ワーク固定剤を用意する。そして、このワーク固定剤を加熱して融解すると共にこの融解した状態のワーク固定剤を固定台の溝に流入させる。続いて、ワーク固定剤を冷却して凝固させることにより、ワーク固定剤を介してワークを固定台に固定する。このような状態でワークに対する機械加工を行う。機械加工としては、例えばワークの表面研磨、表面研削等である。そして、この機械加工終了後に、ワーク固定剤を温水、ホットプレート等により加熱して融解し、ワークを固定台から取り外す。以上のようにして、ワークを容易に固定台に固定すると共に、ワークに機械加工を施している。

ところで、機械加工において、穴開け用ドリルを用いてワークに穴を開けようとすると、穴開け用ドリルがワークを貫通して固定台にまで達し、固定台の表面を切削してしまい、固定台が破損してしまう可能性がある。さらに、穴開け用ドリルにてワークにワークの表面から裏面を貫通する穴を開けることになるため、ワークの裏面にバリが発生することとなる。

上記従来の技術では、ワークに対する機械加工においては、ワークの表面研磨や研削等、ワークの表面を加工する機械工作に限られていたため、固定台の表面は、穴開け加工によって生じたワークのバリを逃がす構造になっていなかった。このため、穴開け加工時において、ワークの裏面と固定台の表面との間にバリが溜まり、ワークが固定台から浮き上がって固定台から剥がれてしまうという問題が生じていた。

本発明は、上記点に鑑み、ワークの穴開け加工時に発生するバリによって、ワークが固定台から浮き上がってしまうことを防止できる融解・凝固式ワーク固定装置およびそれを用いた機械加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、固定台は、ワークが設置される面において、ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴（２３ａ〜２３ｃ）を有していることを特徴としている。

このように、固定台のワーク設置面において、ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴が設けられている。これにより、ワークに対する穴開け加工時に発生するワークのバリがバリ逃がし穴に入るため、ワークの裏面と固定台の表面との間にバリが溜まることを防止できる。したがって、バリによってワークが固定台から浮き上がってしまうことを防止することができる。

また、バリ逃がし穴にドリルが挿入することになるので、ドリルによって固定台の表面が破損してしまうことを防止できる。

請求項２に記載の発明では、固定台は、ワークが設置される面において、融解・凝固式固定剤を流入させる溝部（２１）と、ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴（２３ａ〜２３ｃ）と、を有しており、バリ逃がし穴は、溝部と繋がっていると共に、融解・凝固式固定剤が流入するようになっていることを特徴としている。

このように、固定台のワーク設置面に、溝部およびドリルの移動先の位置であって溝部に繋がっているバリ逃がし穴を設ける。これにより、バリ逃がし穴に融解・凝固式固定剤が流れ込むので、融解・凝固式固定剤とワークの裏面とが密着しやすくなるため、ワークを確実に固定台に固定できる。また、ワークに穴開け加工を行う際、バリがバリ逃がし穴内の融解・凝固式固定剤に混入するため、バリがワークの裏面と固定台との間に溜まりワークが固定台から浮き上がることを防止することができる。

また、バリ逃がし穴にドリルが挿入することになるので、ドリルによって固定台の表面が破損してしまうことを防止できる。

請求項３に記載の発明では、融解・凝固式ワーク固定装置に備えられた固定台（２０）にワーク（４０）を搭載する工程と、ワークに融解・凝固式固定剤（３０）を溶融状態で接触させ、融解・凝固式固定剤を冷却して凝固することにより、ワークを固定台に固定する工程と、ワークに対して穴開け加工を行う工程と、穴開け加工の終了後に融解・凝固式固定剤を加熱して融解することによりワークを固定台から取り外す工程と、を含んでいることを特徴としている。

このように、請求項１または２の融解・凝固式ワーク固定装置を用いて、この装置に備えられた固定台にワークを搭載して穴開け加工を行うことで、ワークと固定台との間にバリを発生させず、ワークを固定台から浮き上がらせないで穴開け加工を行うことができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る融解・凝固式ワーク固定装置の概略ブロック図である。図１に示されるように、融解・凝固式ワーク固定装置１００は、ワークを切削するドリルと、制御部と、ワーク（後述する固定台、加熱・冷却用テーブル等は図示していない）とを備えて構成されるいわゆるマシニングセンタである。このような装置１００では、制御部に記憶されたプログラムに従って、ドリルにてワークに穴開け加工が施されるようになっている。なお、制御部は後述する加熱・冷却用テーブルの温度制御も行う。

本実施形態では、ワークとして、金属である黄銅製薄板（Ｃ２８０１、寸法；２６０ｍｍ×２２０ｍｍ×３ｍｍ）を使用し、この黄銅製薄板に対して精密表面研磨加工および穴開け加工を施すようにしている。

図２は、図１においてワーク近傍の概略斜視図である。以下、図２を参照して図１に示される融解・凝固式ワーク固定装置１００においてワークを固定する構成について説明する。

加熱・冷却用テーブル１０は、後述するワーク固定剤を融解または凝固させるものであり、型用アルミ材アルミーゴハード（Ｔ６５１、寸法；４００ｍｍ×３００ｍｍ×４０ｍｍ）で構成されている。このような加熱・冷却用テーブル１０は、マシニングセンタに取り付けられた状態になっている。

加熱・冷却用テーブル１０の一側面には、その一側面からその側面に対向する面に向かってワーク固定剤を溶融するためのシーズヒータ１１が配置されている。本実施形態では、このシーズヒータ１１として直径１３ｍｍ、長さ２０３ｍｍ、電力量５００Ｗのものを３本採用している。これらシーズヒータ１１は、加熱・冷却用テーブル１０の一側面に開けられた設置穴にできるだけ隙間がないように差し込まれて固定されている。

また、加熱・冷却用テーブル１０の一側面および一側面に隣接する側面には、ワーク固定剤を凝固させるための複数の貫通穴である冷却水通路が形成されている。この冷却水通路においては、冷却水を導入する冷却水入口管１２と冷却水を排水する冷却水出口管１３とが所望の冷却水通路に接続されており、冷却水入口管１２および冷却水出口管１３が接続されていない冷却水通路の各冷却水貫通孔は、各冷却水貫通孔からの冷却水の漏れを防止するための冷却水用封止栓１４で塞がれた状態になっている。

なお、この加熱・冷却用テーブル１０の表面には、後述する固定台を固定用ボルトで固定するための図示しないネジ孔が設けられている。

固定台２０は、ワーク固定剤３０を介してワーク４０を固定する融解・凝固式固定台であり、磁性材であるステンレス系材料（例えばＳＵＳ４４０、寸法；４００ｍｍ×３００ｍｍ×２０ｍｍ）にて矩形状の外形状を持つように形成されている。この固定台２０は、その四隅に固定用ボルト５０を介して上記加熱・冷却用テ−ブル１０に密着固定されている。これにより、固定台２０の裏面と加熱・冷却用テ−ブル１０の表面との間に良好な熱伝導を得ている。

本実施形態では、ワーク固定剤３０として、接着強度が高く、融点が８８℃であるパラフィンを採用する。なお、ワーク固定剤３０は、本発明の融解・凝固式固定剤に相当する。

上記固定台２０の表面には、ワーク固定剤３０を注入する溝部２１が格子状に設けられている。本実施形態では、溝部２１として固定台２０の表面に深さ０.５ｍｍ、幅５ｍｍの溝を５ｍｍ間隔で彫ってある。この溝部２１は、垂直に交わる各溝によりそれぞれが導通しているので、融解した液体状のワーク固定剤３０を溝部２１内に特定の１箇所から注入すると液体状のワーク固定剤３０を溝部２１内の全域に注入できる。

そして、固定台２０の表面のうち、溝部２１を形成していない部分はワーク４０の裏面と固定台４０の表面とが直接接触する平面部２２となる。これにより、ワーク４０の下部に位置する溝部２１に溶融したワーク固定剤３０が流れ込んで凝固すると、ワーク４０の裏面と固定台２０との隙間がなくなって、ワーク４０を固定台２０に対して良好な平行度を維持して固定できる。

また、ワーク４０にドリルで穴開け加工を施す時、穴開け加工によってワーク４０の裏面と固定台２０の平面部２２との間にバリが生じる。本実施形態では、このバリによって、ワーク４０が固定台２０から浮き上がってしまうことを防止するため、固定台２０の表面にバリ逃がし穴が設けられている。以下、このバリ逃がし穴について詳しく説明する。

図３は、図２に示される固定台２０の概略図であり、（ａ）は固定台２０の上視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、図３（ｂ）において、ワーク４０は外形輪郭のみ描いてある。

図３（ａ）に示されるように、固定台２０には、第１〜第３バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃが形成されている。これら第１〜第３バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃは、ワーク固定台２０において、ドリルの先端部分に対向する位置、すなわちドリルの移動先の位置にそれぞれ設けられている。

また、各バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃは、溝部２１に導通するように設けられている。ここで、導通とは、各バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃと溝部２１とが繋がっていることを指す。すなわち、各バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃに溶融したワーク固定剤３０が流れ込むことを意味する。したがって、図３（ａ）に示されるように、第１バリ逃がし穴２３ａは溝部２１の各溝が垂直に交わった位置に配置されている。第２バリ逃がし穴２３ｂは、溝部２１の溝の直線部分に配置されている。さらに、本実施形態では、溝部２１以外の位置にも第３バリ逃がし穴２３ｃが設けられている。この第３バリ逃がし穴２３ｃは、溝部２１から引き延ばされた接続部２１ａによって溝部２１と導通した状態になっている。

そして、図３（ｂ）に示されるように、第２、第３バリ逃がし穴２３ｂ、２３ｃは、溝部２１の幅および深さよりもそれぞれサイズが大きい。これは、穴開け加工時に用いるドリルの径が溝部２１の幅よりも大きいからである。また、穴開け加工時にワーク４０の裏面に生じたバリをワーク固定剤３０が取り込むための容量を大きくするためでもある。さらに、各バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃのサイズを大きくとることでドリル周りに遊びが生じ、ドリルで固定台２０の表面を破損させずに済む。

なお、図３（ｂ）において、溝部２１の最外周にワーク固定剤３０が注入されていないように描かれているが、これは次の理由による。すなわち、ワーク４０を固定台２０に設置した後、ワーク固定剤３０を凝固させると、表面張力によってワーク固定剤３０がワーク４０の裏面と溝部２１との間に入り込んで凝固する。したがって、溶融したワーク固定剤３０が凝固時にワーク４０周辺に集合しているのであり、ワーク固定剤３０を溶融すると、溝部２１全体に流れ出す。

次に、本実施形態によるワーク４０の精密表面研磨加工および穴開け加工の方法について説明する。まず、所望の位置にバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃが設けられた固定台２０を用意し、図２に示されるように、この固定台２０を加熱・冷却用テーブル１０上に固定用ボルト５０を介して設置する。

続いて、図２、図３に示されるように、ワーク４０を固定台２０表面の溝部２１および平面部２２上に載せる。そして、ワーク４０の上面に保護シート（図示せず）を被せた後に、約５００グラムの重りを保護シートを介してワーク４０上に載せる。これにより、ワーク４０の下面を固定台２０表面の平面部２２に隙間無く密着させることができる。

上記保護シートは重りによるワーク４０の損傷を防ぐものであるが、保護シートの材質としては、ワーク固定剤３０との接着力が小さい材質、具体的にはシリコンゴムが好適である。

そして、ワーク４０上に重りを載せた状態で、シーズヒータ１１で固定台２０の表面温度をワーク固定剤３０の融点（８８℃）より高い温度（約１１０℃）に急速加熱する。この後、固体状のワーク固定剤３０を溝部２１に擦り付けるか、あるいは、あらかじめ融解しておいた液体状のワーク固定剤３０を溝部２１に流し込む。

ここで、固定台２０は上記のごとく１１０℃に予熱されているから、液体状態のワーク固定剤３０が溝部２１の表面に接触した際に凝固することなく、液体状態のまま溝部２１の全域にスムースに行き渡る。こうして、ワーク固定剤３０はワーク４０の裏面と固定台２０の溝部との間に侵入する。

次に、加熱・冷却用テ−ブル１０に冷却水入口管１２から冷却水を流し込む。このように、加熱・冷却用テ−ブル１０内の各冷却水通路に冷却水を通過させることで加熱・冷却用テ−ブル１０を室温まで冷やし、固定台２０の表面を急速に冷やす。なお、加熱・冷却テーブル１０内の冷却水は、冷却水出口管１３を介して排水される。

そして、固定台２０の表面温度がワーク固定剤３０の融点温度以下になると、ワーク固定剤３０が凝固して液体状態から固体状態に相変化し、ワーク４０を固定台２０表面に密着固定できる。

この後、固定台２０上から重りと保護シートをはずす。この際、保護シートをワーク固定剤３０との接着力がないシリコンゴムにて構成しているので、保護シートをワーク固定剤３０から容易に剥離できる。

上記のようにワーク４０を固定台２０に固定した後、設定したプログラムに従って、ワーク４０に水溶性研削水を振りかけながらワーク４０に精密表面研磨加工および穴開け加工を施す。この際、固定台２０にバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃが設けられているので、ワーク４０を貫通した穴開け用ドリルがバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃに挿入することとなる。

また、ワーク４０の裏面にバリが発生したとしても、そのバリが逃がし各穴２３ａ〜２３ｃ内の固化したワーク固定剤３０に混ざるため、固定台２０に対するワーク４０の浮き上がりがなく、ワーク４０と固定台２０との剥がれを防止することができる。これにより、ワーク４０の裏面と固定台２０の平面部２２と間の隙間をゼロに保つことができ、平行度に優れた精度の良い薄板加工を効率良く行うことができる。

こうしてワーク４０に穴開け加工を施した後、シーズヒータ１１にて加熱・冷却テーブル１０を加熱し、固定台２０の表面を加熱すると共にワーク固定剤３０を溶融して液体状とする。こうすることで固定台２０の表面に密着していたワーク４０を固定台２から容易に取り外すことができる。そして、次に加工したいワーク４０を上述のように固定台２０に固定して上記工程を繰り返す。

なお、溝部２１に注がれていたワーク固定剤３０は、上記穴開け加工時にワーク４０と共に研削されて減っていくことがあるが、その際には、次に加工するワーク４０を固定台２０に固定する前に所望の量のワーク固定剤３０を溝部２１に注入することにより、溝部２１内のワーク固定剤３０の量を所望量に保つことができる。

以上、説明したように、本実施形態では、固定台２０においてワーク４０が設置される面のドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃが設けられている。これにより、ワーク４０に対する穴開け加工時に発生するワーク４０のバリがバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃに入る、すなわち、バリがバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃ内のワーク固定剤３０に混入するため、ワーク４０の裏面と固定台４０の表面との間にバリが溜まることを防止できる。したがって、バリによってワーク４０が固定台２０から浮き上がってしまうことを防止することができる。

また、バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃにドリルが挿入することになるので、ドリルによって固定台２０の表面が破損してしまうことを防止できる。

さらに、バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃにワーク固定剤３０が流れ込むので、ワーク固定剤３０とワーク４０の裏面とが密着しやすくなる。これにより、ワーク４０を確実に固定台２０に固定できる。

そして、本実施形態では、融解・凝固式ワーク固定装置１００を用いて、この装置１００に備えられた固定台２０にワーク４０を搭載して穴開け加工を行っている。これにより、ワーク４０と固定台２０との間にバリを発生させず、ワーク４０を固定台２０から浮き上がらせないで穴開け加工を行うことができる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、ワーク４０として黄銅を用いているが、ステンレス、アルミニウム等の他の金属薄板や非磁性金属、セラミックス、ガラス、樹脂などの材料でできたワーク等を加工できることは言うまでもない。

上記第１実施形態では、バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃは、溝部２１と導通した状態とされているが、バリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃは必ずしも溝部２１と導通していなくても良い。

また、固定台２０に形成されるバリ逃がし穴２３ａ〜２３ｃの数や位置は、上記第１実施形態に限定されるものではなく、実施する穴開け加工に応じて固定台２０の表面の所望の場所に設けるようにすれば良い。その際、バリ逃がし穴を溝部２１と導通させることで、ワーク固定剤３０をバリ逃がし穴に導くことができる。

上記第１実施形態では、固定台２０は、固定用ボルト５０を介して加熱・冷却テーブル１０に固定されているだけである。したがって、別の形状のワーク４０を固定、加工する場合には、そのワーク４０の加工に応じてバリ逃がし穴が形成された固定台２０を別に用意しておき、固定用ボルト５０の取り付けおよび取り外しによって加熱・冷却テーブル１０上の固定台２０を交換するだけで良いので、様々なワーク４０に様々な加工を効率よく行うことができる。

上記第１実施形態では、固定台２０の表面に格子状の溝部２１を設けているが、固定台２０の表面にワーク４０を設置するためのはめ込み溝を掘っておき、このはめ込み溝にワーク固定剤３０を介してワーク４０を固定するようにしても良い。このような場合、固定台２０のはめ込み溝内の所望の位置に穴開け加工用のバリ逃がし穴を設けることとなる。

上記第１実施形態では、ワーク４０を固定台２０に固定する際、ワーク４０を固定台２０に載せた後、ワーク固定剤３０を溝部２１に注入して凝固させ、ワーク４０を固定台２０に固定しているが、先に固定台２０にワーク固定剤３０を流入させ、この後、ワーク４０を固定台２０に載せ、ワーク固定剤３０を凝固させてワーク４０を固定台２０に固定するようにしても構わない。

本発明の一実施形態に係る融解・凝固式ワーク固定装置の概略ブロック図である。 図１においてワーク近傍の概略斜視図である。 図２に示される固定台の概略図であり、（ａ）は固定台の上視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１００…融解・凝固式ワーク固定装置、１０…加熱・冷却用テーブル、
２０…固定台、２１…溝部、２３ａ〜２３ｃ…第１〜第３バリ逃がし穴、
３０…ワーク固定剤、４０…ワーク。

Claims (3)

1. 融解・凝固式固定剤（３０）を介してワーク（４０）を固定する固定台（２０）および前記ワークに穴開け加工を施すドリルを備えた融解・凝固式ワーク固定装置であって、
   前記固定台は、前記ワークが設置される面において、前記ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴（２３ａ〜２３ｃ）を有していることを特徴とする融解・凝固式ワーク固定装置。
2. 融解・凝固式固定剤（３０）を介してワーク（４０）を固定する固定台（２０）および前記ワークに穴開け加工を施すドリルを備えた融解・凝固式ワーク固定装置であって、
   前記固定台は、前記ワークが設置される面において、前記融解・凝固式固定剤を流入させる溝部（２１）と、前記ドリルの移動先の位置にバリ逃がし穴（２３ａ〜２３ｃ）と、を有しており、
   前記バリ逃がし穴は、前記溝部と繋がっていると共に、前記融解・凝固式固定剤が流入するようになっていることを特徴とする融解・凝固式ワーク固定装置。
3. 請求項１または２に記載の融解・凝固式ワーク固定装置（１００）を用いて、ワーク（４０）に加工を施す機械加工方法であって、
   この融解・凝固式ワーク固定装置に備えられた固定台（２０）にワーク（４０）を搭載する工程と、
   前記ワークに融解・凝固式固定剤（３０）を溶融状態で接触させ、前記融解・凝固式固定剤を冷却して凝固することにより、前記ワークを前記固定台に固定する工程と、
   前記ワークに対して穴開け加工を行う工程と、
   前記穴開け加工の終了後に前記融解・凝固式固定剤を加熱して融解することにより前記ワークを前記固定台から取り外す工程と、を含んでいることを特徴とする機械加工方法。

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