JP2006116639A - 工具位置決め装置及び加工部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、かつ、ランニングコストを低減することができる工具位置決め装置を提供する。
【解決手段】 リング３０に、エンドミルのシャンクに係合する穴３０ａに加えて、一方の端部が上面３０ｕに、他方が下面に連通する溝３２を軸方向に貫通して設ける。この場合、上面３０ｕに開口し、穴３０ａに連通する凹部３１を設けると更に効果を上げることができる。溝３２に代えて例えば小径の穴としても同様の効果を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸線方向の中心部に工具に嵌合する穴を備え、工具に装着されて工具の先端を位置決めするようにした中空筒状の工具位置決め装置及びそれを用いた加工部材に関する。

図４は、従来のプリント基板加工機の要部正面図、図５はコレットチャック部の構成を示す図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、図６は工具保持装置の正面断面図である。

図４において、Ｘテーブル１は紙面に垂直なＸ方向に移動自在である。Ｘテーブル１上には工具保持装置２０とプリント基板１５が載置されている。Ｙテーブル２は図の左右Ｙ方向に移動自在である。Ｚテーブル３はＹテーブル２に保持され、エンコーダを備えたモータ４およびボールねじ５により、Ｙテーブル２に対して図の上下Ｚ方向に移動自在である。スピンドル６はＺテーブル３に支持され、コレットチャック７を介して工具（ここではエンドミル）８を回転自在に保持している。ＮＣ装置９はモータ４を回転制御し、コレットチャック７の先端７ａを精度よく位置決めする。

図５に示すように、コレットチャック７の中心部には穴７ｂが形成されており、先端部には幅が０．５ｍｍ程度のスリット７ｓが設けられている。以下、スリット７ｓが設けられた部分を爪部７ｄという（なお、同図には爪部７ｄのみが示されている）。爪部７ｄの中間部には溝７ｍが設けられている。溝７ｍには、弾性体で形成されたパッド１０が配置されている。パッド１０単体の厚さはスリット７ｓの幅よりも厚く、図示の状態では爪部７ｄをスリット７ｓが広がる方向に付勢している。

爪部７ｄの外周はスピンドル６に形成されたテーパ面６ｆと同じ角度のテーパ面７ｆに形成されている。図示を省略する手段によりコレットチャック７を図の下方に移動させてテーパ面７ｆをテーパ面６ｆから離間させると、コレットチャック７そのものの弾性及びパッド１０により爪部７ｄが開き、穴７ｂの径がシャンク８ａよりも大径になる。また、図示を省略する手段によりコレットチャック７を図の上方に移動させ、テーパ面７ｆがテーパ面６ｆに当接した状態でさらに上方に付勢すると、爪部７ｄはスリット７ｓが縮小する方向に付勢され、シャンク８ａを摩擦力により強固に保持する。

プレッシャフット１１は１対のシリンダ１２を介してＺテーブル３に支持され、シリンダ１２により図の下方に付勢されている。プレッシャフット１１の下面には環状のブラシ１３が配置されている。

図６に示すように、工具保持装置２０のベース２１は、ホルダ２２を上下方向移動自在に支持している。ばね２３はホルダ２２を上方に付勢している。ホルダ２２の中心部には工具であるエンドミル８のシャンク８ａ（刃部８ｔの外径がシャンク８ｓの外径よりも大径の場合は刃部８ｔ）の外径よりも大径の穴２２ａが設けられている。また、ホルダ２２は上面２２ｕがＸテーブル１の表面から予め定める高さになるように構成されている。

リング３０は、例えば硬質の合成樹脂で形成されており、中心部に設けられた穴３０ａの穴径はシャンク８ａの外径よりも僅かに小さく形成されている。この結果、穴３０ａにシャンク８ａを挿入されたリング３０は、弾性により、エンドミル８と一体になる。すなわち、リング３０はエンドミル８の工具位置決め装置である。リング３０を装着されたエンドミル（加工部材）８は、リング３０を介してホルダ２２に支持される。なお、リング３０の外径は７〜８ｍｍ、厚さは４〜８ｍｍ程度であり、シャンク８ａの外径は３ｍｍ程度である。

次に、従来のプリント基板加工機の動作を説明する。

始めに、スピンドル６にエンドミル８を保持させる手順について説明する。なお、エンドミル８はリング３０を挿入された状態でホルダ２２に支持されている。また、リング３０は、下面３０ｄのエンドミル８の先端８ｐまでの距離が距離ｋになるようにしてエンドミル８に固定されている。従って、リング３０の上下方向高さｈが定まっているので、リング３０の上面３０ｕからエンドミル８の先端８ｐまでの距離が定まる。

Ｘテーブル１とＹテーブル２を移動させ、コレットチャック７（すなわちスピンドル６）の軸心を穴２２ａの軸線に一致させた後、コレットチャック７を開いた状態でＺテーブル３を下降させ、ばね２３に抗してコレットチャック７の先端７ａを図６の２点鎖線の位置Ｎに位置決めする。この状態で、コレットチャック７を閉じると、エンドミル８はチャック先端７ａとリング上面３０ｕとが接触した状態で保持される。

次に、溝を加工する手順について説明する。

エンドミル８の軸心を加工しようとする溝の中心に位置決めした後、スピンドル６の中心部にエアを供給しながらＺテーブル３を下降させ、エンドミル先端８ｐを予め定められた深さまでプリント基板１５に切り込ませる。以下、加工プログラムに従って、Ｘテーブル１とＹテーブル２を移動させる。スピンドルの中心部に供給されたエアはコレットチャック７のスリット７ｓから流出して切り粉がスリットに侵入することを防止する。

このように、リング３０を用いるとエンドミル先端８ｐの位置を精度よく管理することができるので、加工時、切り込み深さを必要最小限の値にすることができ、加工能率を向上させることができる。また、エンドミル８の切り込み不足が発生することもない。さらに、加工中に先端８ｐの位置を確認する必要もない。

ところで、加工時における工具の温度上昇を抑えるようにすると、工具の寿命を長くすることができる。工具の寿命が長くなると、加工能率を向上させることができるだけでなくランニングコストを低減することができる。

そこで、シャンク部の後端から先端の切刃部のすくい面に向けて軸線と平行に直線状で凹形状のクーラント供給部を設け、エンドミルの先端の切刃部のすくい面にクーラントを直接当てるものや（特許文献１）、軸方向に幅を定義できる程度の矩形上に独立した複数の切れ刃を、軸方向の間隔が切れ刃よりも広くなるようにして軸方向に螺旋状に配置したもの（特許文献２）がある。また、圧縮空気の吹き出し口を工具の近傍に配置したもの（特許文献３）がある。

特許第２８９４９２４号公報 特開２００２−３３７０１６号公報 特開平９−１１７８１５号公報

しかし、特許文献１と特許文献２の技術はいずれもシャンク部に溝を設けるため、標準工具に対して単価が高価になる。また、特許文献３は、構造が複雑になるため、保守点検が面倒である。

本発明の目的は、上記した課題を解決し、構造が簡単で、かつ、ランニングコストを低減することができる工具位置決め装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、軸線方向の中心部に工具（８）に嵌合する穴（３０ａ）を備え、前記工具（８）に装着されて前記工具の先端（８ｐ）を位置決めするようにした中空筒状の工具位置決め装置（３０）において、一方の端部が前記軸線と交差する方向の上面（３０ｕ）に、他方が下面（３０ｄ）に連通するように軸方向に貫通する空洞部（３２）（３３）を設けることを特徴とする。

この場合、前記穴（３０ａ）に連通し前記上面（３０ｕ）側に開口する凹部（３１）を設け、前記空洞部（３２）（３３）の一方の端部を前記凹部（３１）の底面に連通させることができる。

また、前記空洞部（３２）と前記穴（３０ａ）とを前記軸線方向の全域にわたり連通させることができる。

また、前記空洞部を外周側面に設けた溝とすることができる。

そして、本発明の一態様は、シャンク部（８ａ）と刃部（８ｔ）とを有する工具（８）の前記シャンク部（８ａ）に、上記工具位置決め装置を一体に固着した加工部材にある。

なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより請求項の記載に何等影響を及ぼすものではない。

請求項１又は５に係る本発明によると、標準工具を用いることができ、しかもその寿命を長くすることができるので、ランニングコストを低減することができる。また、プリント基板加工機の装置構造を変更する必要もなく、従来からあるプリント基板加工機にも適用することができる。

請求項２に係る本発明によると、凹部を設けたので、コレットチャックの溝と空洞部との位置合せを必要とせず、工具をコレットチャックに容易に装着することができる。

請求項３に係る本発明によると、穴に装着した工具の表面に沿ってエアが流れるので、工具の冷却効果を高めることができる。

請求項４に係る本発明によると、空洞部を容易に形成することができ、工具位置決め装置及び加工部材を安価に形成することができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

図１は本発明に係るリングの構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。なお、図４ないし図６と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本発明に係るリング（工具位置決め装置）３０は、上面３０ｕに開口し穴３０ａに連通する凹部３１と、穴３０ａの軸線方向の全長にわたり穴３０ａに連通し、該穴３０ａの軸線と平行な４本の溝（空洞部）３２とが設けられている。溝３２の上端は凹部３１を通って上面３０ｕにかつ下端は下面３０ｄに連通して、リンクの軸方向に貫通している。そして、本発明に係るリング３０を使用する場合は、凹部３１がコレットチャック７側になるようにしてエンドミル（工具）８に装着する。

以上の構成であるから、スピンドル６の軸心部に供給されコレットチャック７から噴出したエアの一部は凹部３１に入り、溝３２を通ってリング３０の下面３０ｄから噴出する。このとき、エアはシャンク８ａに沿って流れるので、エンドミル８は伝熱により冷却される。また、リング３０から噴出したエアの一部は刃部８ｔを冷却する。

この結果、チャック７に流すエアの流量を従来と同じにしても、エンドミル８は効果的に冷却される。

図２は、本発明に係るリングを適用した場合の工具の加工結果を示す図であり、横軸は切削速度、縦軸は切削距離である。また、比較のため、従来のリングを用いた場合の結果も示してある。

なお、試験条件は以下の通りである。
（１）エンドミル８の刃部の外径：１ｍｍ
（２）スピンドルの回転数：５万回転／分、６万回転／分、８万回転／分
（３）スピンドルの中心部に供給したエアの流量：５０ｌ／分
（４）ワーク：１ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板（ガラス含有量２０重量％）の３枚重ね
なお、溝３２としては、溝数を４、幅ｗを１．５ｍｍ、また直径上に位置する溝３２の両端の長さｌは５ｍｍである。

同図から明らかなように、いずれの回転数および切削速度においても、本発明の場合の切削距離は従来の切削距離の８〜１０倍にできることが分かる。

すなわち、本発明によれば、切削速度を速くすることができるので、加工能率を向上させることができる。また、切削距離を長くすることができるので、切削長さが同一の場合には工具の交換回数を減らすことができる。したがって、加工能率を更に向上させることができる。

また、標準の工具を使用することができるので、ランニングコストを低減することができる。

さらに、リング３０は繰り返し使用することができるので、ランニングコストを低減することができる。

上記実施の形態では、凹部３１を設けたので、コレットチャック７の溝７ｓと溝３２の位置合わせをする必要がなく、エンドミル８をコレットチャック７に装着する作業及びエンドミル８をホルダ２２に保持させる作業が容易である。

なお、この実施形態では溝を４本としたが、少なくとも１本設ければよい。また、溝３２の形状を直線状とすることに代えて螺旋状にしてもよい。

また、凹部３１を設けなくてもよい。

図３は本発明の変形例を示すリング３０の構造図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。

同図に示すように、溝３２に代える穴（空洞部）３３を設けた場合も、上記の場合と同様に、切削距離を長くすることができるので、加工能率を向上させることができる。

なお、直線状または螺旋状の溝３２をリング３０の側面に設けることもできるが、溝３２をリング３０の側面に設けた場合、上記の場合に比べて冷却効果が低下する傾向があった。

また、本発明の場合、従来の場合に比べて大量のエアが刃部の外周に供給されるので、加工により発生した切り粉は舞上げられる。この結果、カバー内部が集塵装置に接続されている場合には集塵効率が向上し、プリント基板の表面及び加工された溝の内部に残る切り粉を僅かなものとすることができる。

また、上記では工具がエンドミルの場合について説明したが、本発明は工具がドリルの場合にも同様に適用することができ、更に他の工具にも適用可能である。

本発明に係るリングを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。 本発明を適用した場合の加工結果を示す図である。 本発明の変形例によるリングを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。 本発明を適用し得るプリント基板加工機の要部正面図である。 コレットチャック部を示す図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はＡ矢視図である。 工具保持装置の正面断面図である。

符号の説明

８ 工具（エンドミル）
８ａ シャンク（部）
３０ 工具位置決め装置（リング）
３０ａ 穴
３０ｕ 上面
３０ｄ 下面
３１ 凹部
３２ 空洞部（溝）
３３ 空洞部（穴）

Claims (5)

1. 軸線方向の中心部に工具に嵌合する穴を備え、前記工具に装着されて前記工具の先端を位置決めするようにした中空筒状の工具位置決め装置において、
   一方の端部が前記軸線と交差する方向の上面に、他方が下面に連通するように軸方向に貫通する空洞部を設けることを特徴とする工具位置決め装置。
2. 前記穴に連通し前記上面側に開口する凹部を設け、前記空洞部の一方の端部を前記凹部の底面に連通させることを特徴とする請求項１に記載の工具位置決め装置。
3. 前記空洞部と前記穴とを前記軸線方向の全域にわたり連通させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具位置決め装置。
4. 前記空洞部が外周側面に設けられた溝であることを特徴とする請求項１に記載の工具位置決め装置。
5. シャンク部と刃部とを有する工具の前記シャンク部に、請求項１ないし４のいずれか記載の工具位置決め装置を一体に固着してなる、
   加工部材。
   

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