JP2014133272A - 加工用ワイヤ工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】
工具交換可能な工作機械、特にマシニングセンタにおいて利用可能な１つの工具としてワイヤソーを利用できるようにする。
【解決手段】
工具交換可能な工作機械の主軸２に回り止め状態で装着可能な工具ホルダ３に設けられる加工用ワイヤ工具ホルダ１であって、主軸２とともに回転する回転軸１１と、回転軸１１の回転を許容し回転軸１１に支えられる軸受けアーム１２と、主軸２の主軸ハウジング１０のストッパ受け１９に係合し、軸受けアーム１２を回り止め状態とするストッパ１３と、軸受けアーム１２に回転自在に支持され、回転軸１１の回転に連動して回転する一対の溝付きローラ１４、１５と、溝付きローラ１４、１５の間に巻き掛けられたエンドレス状の加工用ワイヤ１６と、加工用ワイヤ１６に所定の張力を付与する張力付与手段（圧縮スプリング２３、テンションローラ２４）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械、例えばマシニングセンタなどの主軸に装着可能な工具ホルダ、特に加工用ワイヤを一対の溝付きローラにより走行可能な状態で保持する加工用ワイヤの工具ホルダに関する。

マシニングセンタなどは、自動工具交換装置を備え、ワークの加工過程において工具マガジンから目標の加工に必要なドリル、フライス、研削砥石などの工具を選択し、選択した工具の工具ホルダを自動工具交換装置の工具交換アームにより工具マガジンから取り出し、主軸に装着し、主軸の回転によって工具でワークに所定の加工を行う。

ドリル、フライスなどの回転工具は、主軸の回転を利用してワークを切削加工するが、硬くて脆い脆弱性材料、例えばセラミックスや半導体の加工には利用できない。このため脆弱性材料、例えば半導体インゴットの切断加工は、マルチワイヤソーによって行われ、半導体インゴットを平行な多数の加工用ワイヤで切断し、多数のウエーハを作りだしている。しかし、マルチワイヤソーは、多数のウエーハを作ることを目的としているから、単品の切断加工の用途に不向きである。

一方、放電加工機は、単品の切断加工の用途に利用できるが、ワークに導電性が不可欠であることから、放電加工は、セラミックスや、半導体などのワークに利用できない。

また、特許文献１および特許文献２は、携帯型のワイヤソー切断装置の駆動モータや動力源によってワイヤを走行させ、対象物を切断することを開示している。しかし、それらのワイヤソー切断装置は、作業者によって操作する携帯型の工具であり、工具交換可能な工作機械、例えばマシニングセンタなどに適用できるものではない。

特開２０１２−１３５８７２号公報 特開２０１２−１５７９６７号公報

本発明の課題は、工具交換可能な工作機械、特にマシニングセンタにおいて利用可能な１つの工具としてワイヤソーを利用できるようにすることである。

上記の課題のもとに、本発明は、工具交換可能な工作機械の主軸に対し回り止め状態で装着可能な加工用ワイヤ工具ホルダであって、前記加工用ワイヤ工具ホルダは、工具ホルダに設けられ、前記主軸とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転を許容する状態で前記回転軸に軸受けによりに支えられる軸受けアームと、前記軸受けアームに設けられ、前記主軸の主軸ハウジングのストッパ受けに係合し、前記軸受けアームを回り止め状態とするストッパと、前記軸受けアームに回転自在に支持され、前記回転軸の回転に連動して回転する一対の溝付きローラと、前記一対の溝付きローラの間に巻き掛けられた加工用ワイヤと、前記軸受けアームに取り付けられ、前記加工用ワイヤに所定の張力を付与する張力付与手段と、を有することを特徴とする（請求項１）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、本発明は、前記加工用ワイヤをエンドレス状のワイヤとしている（請求項２）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、本発明は、前記一対の溝付きローラのうち、一方の溝付きローラを前記回転軸に連結して原動側とし、他方の溝付きローラを従動側としている（請求項３）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、本発明は、前記回転軸の回転を巻き掛け伝導手段により、前記一対の溝付きローラの少なくとも一方に伝達する（請求項４）か、または前記回転軸の回転をギヤ列により、前記一対の溝付きローラの少なくとも一方に伝達している（請求項５）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、本発明は、前記加工用ワイヤの加工域を前記回転軸に対し交差する方向に形成する（請求項６）か、または前記加工用ワイヤの加工域を前記回転軸に対し平行な方向に形成している（請求項７）。

本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダによると、加工用ワイヤ工具ホルダが自動工具交換装置によって工作機械の主軸に装着可能となるから、工具マガジンの工具としてワイヤソーが追加でき、これによって対応可能な加工の種類が多くなり、また工作機械の主軸の回転を利用して加工用ワイヤによる加工ができるから、工作機械の機能が加工用ワイヤの加工でも有効に利用でき、加工用ワイヤによる加工のときに、主軸ハウジングのストッパ受けとストッパとの係合によって加工用ワイヤの位置が回り止め状態で保持されるから、安定な溝加工や切断加工ができ、さらに溝加工や切断加工のときに、加工用ワイヤの張力が所定の張力値に保持されるから、加工の仕上がりが良好となる（請求項１）。

加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、加工用ワイヤとしてエンドレス状のワイヤを用いることにより、加工用ワイヤ工具ホルダにリールを装備する必要がなくなり、加工用ワイヤ工具ホルダをシンプルで軽量な構造とすることができる（請求項２）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、前記一対の溝付きローラのうち、一方を原動側とし、他方を従動側とすれば、加工用ワイヤが一方の溝付きローラの回転を他方の溝付きローラに伝達するから、専用の回転伝達手段が省略できる（請求項３）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、回転軸の回転を巻き掛け伝導手段により、またはギヤ列により、一対の溝付きローラの少なくとも一方に伝達すれば、加工用ワイヤが回転伝導機能から解放されるため、溝加工や切断加工に適切な加工用ワイヤの採用が可能となる（請求項４、請求項５）。

前記加工用ワイヤ工具ホルダにおいて、加工用ワイヤの加工域が回転軸に対し交差する方向、または回転軸に対し平行な方向に形成すれば、ワークに対する加工方向が柔軟に設定できる（請求項６、請求項７）。

本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの一部破断正面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの図１の底面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの他の例の正面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの図３の右側面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの他の例の正面図である。 図５におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの他の例の正面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの図７の底面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの他の例の正面図である。 本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダの図９の右側面図である。

図１および図２は、本発明に係る加工用ワイヤ工具ホルダ１の基本的な構成例を示している。図１および図２において、加工用ワイヤ工具ホルダ１は、工具交換可能な工作機械例えば立型マシニングセンタの主軸２に回り止め状態で装着可能な工具ホルダ３に組み込まれる。

工具ホルダ３は、テーパシャンク４の部分で主軸２のテーパ孔５に装着され、テーパシャンク４のプルスタッド６の部分を主軸２の内部のクランプ手段６１により保持されて、主軸２から抜け止め状態となる。抜け止め状態の工具ホルダ３は、フランジ７でテーパ孔５の主軸頭の開口面に当たり、フランジ７のキー溝８と主軸２の開口面に形成されているキー８１に嵌まり合って、主軸２と一体に回転するようになっている。主軸２は、筒状の軸受けハウジング１０の内部で複数の軸受け９により回転自在に支持されている。

そして、加工用ワイヤ工具ホルダ１は、工具ホルダ３の部分において、回転軸１１、軸受けアーム１２、ストッパ１３、一対の溝付きローラ１４、１５、加工用ワイヤ１６および張力付与手段１７を有している。回転軸１１は、工具ホルダ３の中心線上でフランジ７と一体に設けられ、主軸２と共に回転する。また、軸受けアーム１２は、複数の軸受け１８により回転軸１１の回転を許容する状態で、回転軸１１に対して直交方向で支えられ、軸受けアーム１２と一体のストッパ１３によって主軸ハウジング１０の孔またはＵ字状のストッパ受け１９に係合し、軸受けハウジング１０に対し回り止め状態となっている。

一対の溝付きローラ１４、１５のうち、一方の溝付きローラ１４は、工具ホルダ３の中心線上で回転軸１１にキー２０などにより回り止め状態として直接取り付けられ、回転軸１１の回転に連動し、回転するようになっており、また、他方の溝付きローラ１５は、軸受けアーム１２の先端位置で、回転軸１１に対して平行なローラ軸２１および複数の軸受け２２によって軸受けアーム１２に回転自在に支持されている。加工用ワイヤ１６は、エンドレス状で好ましくは固定砥粒ワイヤであり、一対の溝付きローラ１４、１５の間に一重としてオープンベルト形式で巻き掛けられている。このようにして、溝付きローラ１４は、回転軸１１の回転により原動側となって加工用ワイヤ１６を走行させる。このとき、溝付きローラ１５は、加工用ワイヤ１６の走行によって従動側となって回転する。

張力付与手段１７は、圧縮スプリング２３の弾力により付勢されているテンションローラ２４により加工用ワイヤ１６を引っ張り、加工用ワイヤ１６に所定の張力を付与している。なお、圧縮スプリング２３は、スプリングホルダ２５によりブラケット３９に取り付けられ、調整ボルト２６に対する調整ナット２６ａのねじ込み量の調整によって、ローラホルダ２７に作用する弾力を変化させ、加工用ワイヤ１６に対する付勢力を加減できるようになっている。

ワーク２８の表面に対する溝付け加工またはワーク２８の切断加工に際して、加工用ワイヤ工具ホルダ１は、図示しないが、自動工具交換装置の工具交換アームにより工具マガジンから取り出され、主軸２のテーパ孔５に装着され、キー溝８とキー８１との嵌まり合いによって、主軸２と共に回転できる状態となる。この装着状態で、軸受けアーム１２はストッパ１３とストッパ受け１９との係り合いによって、軸受けハウジング１０に対して回り止め状態となる。

ワーク２８の切断加工のために、主軸２が回転すると、回転軸１１は、溝付きローラ１４を回転させて、加工用ワイヤ１６を走行させる。走行状態の加工用ワイヤ１６は、一対の溝付きローラ１４、１５の間の加工域で、ワーク２８に押し当てられ、ワーク２８に溝付け加工を行うか、または切断加工を行う。

この時の加工用ワイヤ１６の加工送りは、図２の矢印方向、すなわち加工用ワイヤ１６に直交し、かつ回転軸１１の中心線に直角に交差する方向であり、主軸２の移動、またはワーク２８を保持するためのワークホルダ３０の移動により与えられる。ワーク２８は、通常、固定プレート２９によってワークホルダ３０に取り付けられ、溝付け方向や切断方向は、ワークホルダ３０の垂直軸周りの旋回によって任意に設定できる。なお、固定プレート２９は、切断加工のときに、加工用ワイヤ１６の切り込み代となる。

つぎに図３ないし図１０は、本発明の他の実施形態を示している。

まず、図３、４は、ワーク２８を跨ぐ形状の軸受けアーム１２を利用し、エンドレス状の加工用ワイヤ１６の経路の途中に方向変更用のガイドローラ４０、４１、４２、４３及びテンションローラ２４を介在させ、ある程度高さのあるワーク２８の平面加工に対応する実施形態を示している。本実施形態では、軸受けアーム１２は、図３において紙面手前側が開放するコの字状を有しており、加工用ワイヤ１６の加工域は、溝付きローラ１４、１５間に形成され、加工域は回転軸１１の中心線に対して直交する位置に設定されている。溝付きローラ１４、１５間に張られた加工用ワイヤ１６は、ガイドローラ４２、４３によって後方へ導かれるとともに上方へ屈曲させられ、ガイドローラ４０、４１の位置で横方向へ屈曲させられている。ここで溝付きローラ１４、１５およびガイドローラ４０、４１、４２、４３は、軸受けアーム１２によって支持されており、軸受けアーム１２は、ワーク２８を跨ぐように形成され、ガイドローラ４０、４１、４２、４３により案内される加工用ワイヤ１６もワーク２８を跨ぐように案内される。これにより、加工用ワイヤ１６及び軸受けアーム１２は、加工域以外の領域では、加工送りされるワーク２８と干渉しないようになっている。このため、本実施形態では、ある程度高さのあるワーク２８の平面加工を行うことができる。

図５、６は、正面から見てコの字状、側面から見て逆Ｌ字状の軸受けアーム１２を利用し、エンドレス状の加工用ワイヤ１６の経路の途中に方向変更用のガイドローラ４４、４５、４６、４７、４８を介在させ、各ガイドローラの位置で加工用ワイヤ１６を屈曲させ、加工用ワイヤ１６の加工域をガイドローラ４６、４７間で回転軸１１の軸線方向と直交する方向に形成し、加工送り方向を回転軸１１の軸線方向と平行とした例である。この例でも、軸受けアーム１２がワーク２８を跨ぐように構成されており、溝付きローラ１４とガイドローラ４４との間で案内される加工用ワイヤ１６もワーク２８を跨ぐように案内され、加工用ワイヤ１６及び軸受けアーム１２は、加工域以外の領域では、加工送りされるワーク２８と干渉しないようになっている。このため、本実施形態では、ある程度高さのある長尺のワーク２８の平面加工に対応することができる。

図７、８は、回転軸１１の回転を巻き掛け伝導手段、例えば回転軸１１に固定したＶプーリ３２、一方の溝付きローラ１４のローラ軸３５に固定したＶプーリ３３、他方の溝付きローラ１５のローラ軸２１に固定したＶプーリ３４およびこれらのＶプーリ３２、３３、３４に巻き掛けたＶベルト３６によって、一対の溝付きローラ１４、１５を駆動する例である。図７、８の例によると、一対の溝付きローラ１４、１５は、回転軸１１に対して対称に配置でき、加工用ワイヤ１６の加工域は、回転軸１１の中心線に対し交差する方向の位置、あるいは直交する方向の位置に設定できる。なお、巻き掛け伝導手段は、チエーンおよびスプロケットホイールによって構成することもできる。

図９、１０は、コの字状の軸受けアーム１２を利用し、回転軸１１の回転をギヤ列、例えば回転軸１１に固定したベベルギヤ３７、溝付きローラ４９のローラ軸３５に固定したベベルギヤ３８によって、溝付きローラ４９のローラ軸３５を駆動する例である。図９、１０の例によると、加工用ワイヤ１６の加工域はガイドローラ５０、５１間に形成され、加工用ワイヤ１６の加工域は回転軸１１の中心線に対して直角な方向に設定でき、加工送り方向を回転軸１１の軸線方向と平行に設定できる。なお、一方のローラ軸３５の回転をギヤ列やＶプーリ・Ｖベルトによって他方のローラ軸２１に伝達することもできる。

本発明は、例示した立型のマシニングセンタに限らず、横型のマシニングセンタに対しても装着可能である。

また、本発明は、図示のテーパ型の工具ホルダ３に限らず、各種の結合部にも適用できる。また、回転軸１１は、工具ホルダ３に対して着脱自在とすることもできる。

さらに、加工用ワイヤ１６は、エンドレス状すなわち無端状のワイヤに限らず、有端状のワイヤを用いることもできる。有端状のワイヤを用いる場合、加工用ワイヤ工具ホルダ１に送り出し用リール及び巻き取り用リールを装着し、送り出し用リールからワイヤを送り出すとともに巻き取り用リールでワイヤを巻き取る。ワイヤは、それらリール間のワイヤ経路において、複数のガイドローラによって、工具ホルダ３の主軸２に連動する溝付きローラを経由して加工位置に案内される。この場合、ワイヤは一方向に繰り出し送りしてもよいし、往復運動させてもよい。なお、ワイヤ経路には必要に応じてワイヤに張力を付与する張力付与手段が付設される。

１ 加工用ワイヤ工具ホルダ
２ 主軸
３ 工具ホルダ
４ テーパシャンク
５ テーパ孔
６ プルスタッド ６１ クランプ手段
７ フランジ
８ キー溝 ８１ キー
９ 軸受け
１０ 軸受けハウジング
１１ 回転軸
１２ 軸受けアーム
１３ ストッパ
１４ 溝付きローラ
１５ 溝付きローラ
１６ 加工用ワイヤ
１７ 張力付与手段
１８ 軸受け
１９ ストッパ受け
２０ キー
２１ ローラ軸
２２ 軸受け
２３ 圧縮スプリング
２４ テンションローラ
２５ スプリングホルダ
２６ 調整ボルト ２６ａ 調整ナット
２７ ローラホルダ
２８ ワーク
２９ 固定プレート
３０ ワークホルダ
３１ ガイドローラ
３２ Ｖプーリ
３３ Ｖプーリ
３４ Ｖプーリ
３５ ローラ軸
３６ Ｖベルト
３７ ベベルギヤ
３８ ベベルギヤ
３９ ブラケット
４０ ガイドローラ
４１ ガイドローラ
４２ ガイドローラ
４３ ガイドローラ
４４ ガイドローラ
４５ ガイドローラ
４６ ガイドローラ
４７ ガイドローラ
４８ ガイドローラ
４９ 溝付きローラ
５０ ガイドローラ
５１ ガイドローラ
５２ ガイドローラ

Claims (7)

1. 工具交換可能な工作機械の主軸に対し回り止め状態で装着可能な工具ホルダにおいて、前記工具ホルダに設けられ、前記主軸とともに回転する回転軸と、前記回転軸の回転を許容する状態で前記回転軸に軸受けによりに支えられる軸受けアームと、前記軸受けアームに設けられ、前記主軸の主軸ハウジングのストッパ受けに係合し、前記軸受けアームを回り止め状態とするストッパと、前記軸受けアームに回転自在に支持され、前記回転軸の回転に連動して回転する一対の溝付きローラと、前記一対の溝付きローラの間に巻き掛けられた加工用ワイヤと、前記軸受けアームに取り付けられ、前記加工用ワイヤに所定の張力を付与する張力付与手段と、を有することを特徴とする加工用ワイヤ工具ホルダ。
2. 前記加工用ワイヤは、エンドレス状のワイヤである、ことを特徴とする請求項１記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。
3. 前記一対の溝付きローラのうち、一方の溝付きローラを前記回転軸に連結して原動側とし、他方の溝付きローラを従動側とする、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。
4. 前記回転軸の回転を巻き掛け伝導手段により、前記一対の溝付きローラの少なくとも一方に伝達する、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。
5. 前記回転軸の回転をギヤ列により、前記一対の溝付きローラの少なくとも一方に伝達する、ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。
6. 前記加工用ワイヤの加工域を前記回転軸に対し交差する方向に形成する、ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。
7. 前記加工用ワイヤの加工域を前記回転軸に対し平行な方向に形成する、ことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の加工用ワイヤ工具ホルダ。

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