JP2016120544A

JP2016120544A - ワーク加工機

Info

Publication number: JP2016120544A
Application number: JP2014260696A
Authority: JP
Inventors: 貴雄中野; Takao Nakano
Original assignee: Kanefusa Corp
Current assignee: Kanefusa Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP6401045B2

Abstract

【課題】熱変形や耐久性の低下を抑制しつつ円盤状工具の薄型化を図り得るワーク加工機を提供することを目的とする。
【解決手段】円盤状工具１４は、円盤状の基板１４ａと、該基板１４ａの外周に設けられた加工部１４ｂとで構成される。回転主軸１２に一体的に回転するように装着された円盤状工具１４の基板１４ａは、二対のガイド２４,２６が常に当接する状態で軸方向の両側から挟持される。円盤状工具１４の基板１４ａには、ボルテックスチューブからなる冷却手段３４から吹き出される低温空気が吹き付けられて、該基板１４ａは冷却される。すなわち、二対のガイド２４,２６によって軸方向の撓みが規制された円盤状工具１４を冷却することで、熱変形等を来たすことなく円盤状工具１４の薄型化を図り得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転する円盤状工具によってワークを加工するワーク加工機に関するものである。

金属材料や木材等のワークを切削加工するワーク加工機では、基板(台金)の外周に鋸刃(加工部)が設けられた丸鋸に代表される円盤状工具が回転主軸に取付けられ、該回転主軸を回転駆動して円盤状工具を所定速度で回転したもとで、回転主軸とワークとを相対的に移動して円盤状工具でワークを切削加工(切断)するよう構成されている(例えば、特許文献１参照)。また、ワーク加工機では、円盤状工具を挟む軸方向両側に、該円盤状工具から離間して二対のガイドを配置し、該二対のガイドによって切削加工中の円盤状工具が軸方向へ大きく撓むのを抑制して切削精度の低下を防いでいる。

実開平３−４００１９号公報

前記ワーク加工機では、ワークに対して円盤状工具が通過した後の切削幅を極力小さくすることで歩留まりを向上させると共に、切削屑の排出量を減少させて資源の有効利用を図ることが強く望まれている。また、ワーク加工機を駆動するモータの電力削減や、切削加工時の騒音の低減も希求されており、これらは円盤状工具の厚みを薄くすることで達成し得る。しかしながら、円盤状工具の厚みを薄くすると、相対的に基板の剛性が大幅に低下して該基板が軸方向に撓み(挽き曲り)易くなってしまい、前記ガイドを円盤状工具に対して離間配置している従来のワーク加工機では、ワークの切削加工中に基板が軸方向に撓むのを規制することはできず、切削面の不良を来たしたり、円盤状工具が破損(座屈)し易くなる等の不都合を生ずる。そこで、円盤状工具の薄型化に伴い二対のガイドを円盤状工具に常に当接させることで、該円盤状工具の撓みを規制することが考えられる。しかしながら、円盤状工具にガイドを当接させると、回転中の円盤状工具とガイドとの摺接によって基板が発熱して高温となり、該基板が熱変形したり熱劣化により耐久性の低下を招く問題があり、現在の円盤状工具の厚みを、更に薄くするのは困難なのが現状である。

すなわち本発明は、前記従来の技術に内在する前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、熱変形や耐久性の低下を抑制しつつ円盤状工具の薄型化を図り得るワーク加工機を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項１の発明に係るワーク加工機は、
基板の外周に加工部を設けた円盤状工具を回転させて、ワークを加工するワーク加工機において、
前記円盤状工具の周方向に離間して設けられ、該円盤状工具を挟んで対向配置した一対のガイドを前記基板に両側から当接させて、該基板の撓みを抑制する２組のガイド手段と、
前記基板に冷却媒体を供給して、該基板における前記ガイドによる当接領域を冷却する冷却手段とを備えたことを要旨とする。

請求項１に係る発明によれば、二対のガイドで円盤状工具を常に当接状態で挟持するよう構成したので、円盤状工具の切削加工中の撓みを規制することができ、円盤状工具の薄型化を図り、加工精度を向上すると共に、歩留りを向上し得る。また、円盤状工具を冷却するよう構成したので、ガイドを円盤状工具に常に当接させていても基板の温度上昇を抑制することができ、熱変形を防止すると共に耐久性を向上し得る。

請求項２に係る発明では、前記円盤状工具の外周に冷却媒体を供給して、該円盤状工具の外周を冷却する外周冷却手段を備えていることを要旨とする。
請求項２に係る発明によれば、加工部を冷却することによって、該加工部の耐久性を向上することができる。

請求項３に係る発明では、前記ガイドは、前記基板との当接面にセラミックスが設けられていることを要旨とする。
請求項３に係る発明によれば、円盤状工具とガイドとの接触抵抗による発熱を小さくすることができる。

本発明に係るワーク加工機によれば、円盤状工具の熱変形や耐久性の低下を抑制しつつ該円盤状工具の薄型化を図り得る。

実施例に係るワーク加工機のソーヘッドを破断して示す概略構成図である。実施例に係るワーク加工機の円盤状工具とガイドとの関係を示す概略説明図である。

次に、本発明に係るワーク加工機につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。

図１に示す実施例のワーク加工機１０は、図示しない駆動モータにより回転駆動される回転主軸１２に、円盤状工具１４が装着されて一体的に回転するよう構成される。この円盤状工具１４は、図２に示す如く、円盤状の基板(台金)１４ａと、該基板１４ａの外周に設けられた加工部１４ｂとを備え、基板１４ａの中心が回転主軸１２に装着されている。円盤状工具１４が丸鋸の場合、基板１４ａの外周には超硬合金、ダイヤモンド等の硬質材料からなる複数の刃が加工部１４ｂとして設けられる。また、円盤状工具１４が切断砥石の場合、基板１４ａの外周にはダイヤモンド砥粒、超硬砥粒等が接着された加工部１４ｂが設けられる。なお、円盤状工具１４は、丸鋸や切断砥石に限られるものでなく、回転にによって金属材料や木材等のワーク２２を切削加工(切断)し得るものであればよい。

前記ワーク加工機１０は、図１に示す如く、表カバー１６と裏カバー１８とからなるソーヘッド２０を備え、該ソーヘッド２０の表カバー１６と裏カバー１８とで円盤状工具１４を軸方向の両側から覆うよう構成される。円盤状工具１４は、一部がソーヘッド２０から外部に突出しており、該突出部において丸棒等のワーク２２を切削加工するよう構成される。なお、円盤状工具１４におけるソーヘッド２０からの突出部を、以後切削領域(ワーク２２を切断するのに必要な領域)と指称する場合がある。すなわち、実施例のワーク加工機１０では、円盤状工具１４におけるワーク２２の切削加工に供される切削領域外の大部分は、収容部としてのソーヘッド２０に内部画成された収容室に収容されている。また、ワーク加工機１０は、円盤状工具１４が装着されている回転主軸１２およびソーヘッド２０を、図示しない保持手段に保持されているワーク２２に対して近接・離間移動し得るよう構成されており、円盤状工具１４をワーク２２に近接する方向に回転主軸１２およびソーヘッド２０を移動することで、該円盤状工具１４の切削領域においてワーク２２が切削加工されるようになっている。実施例では、円盤状工具１４の切削領域は、前記ソーヘッド２０の下側に突出するよう構成されて、該ソーヘッド２０の下側にワーク２２の切削加工位置が設定されている。

前記ソーヘッド２０には、円盤状工具１４の基板１４ａを軸方向の両側から挟持する一対のガイド２４,２６が設けられる。実施例では、一対のガイド２４,２６からなるガイド手段２８が、周方向に離間して２組設けられている(図２参照)。各ガイド手段２８は、図１に示す如く、表カバー１６に移動自在に配設された表アーム３０に取付けられた表ガイド２４と、裏カバー１８に移動自在に配設された裏アーム３２に取付けられた裏ガイド２６とからなり、両ガイド２４,２６が円盤状工具１４における基板１４ａの対向する側面に当接して、円盤状工具１４の軸方向への撓み(挽き曲り)を規制するよう構成される。２組のガイド手段２８,２８は、円盤状工具１４における切削領域の近傍に位置すると共に、ソーヘッド２０の内部に配設された図示しない移動機構によって相互に近接・離間移動自在に支持されている。そして、両ガイド手段２８,２８は、円盤状工具１４によるワーク２２の切削加工の進行に伴って相互に近接する閉位置から相互に離間する開位置に移動することで、該ガイド手段２８,２８が切削領域の近傍を常に当接支持し得るよう構成されている。

前記各ガイド２４,２６は、板状の部材であって、一方の板面を円盤状工具１４における基板１４ａの側面に当接する位置に位置決めされている。各ガイド２４,２６は、基板１４ａに対して軽接触状態で当接して、円盤状工具１４の回転を阻害することなく軸方向への撓みを規制し得るよう構成される。また、各ガイド２４,２６は、セラミックスを材質として形成されており、該ガイド２４,２６と基板１４ａとの接触抵抗を小さく抑えるようになっている。なお、セラミックスとしては、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素等が好適に用いられる。

前記ソーヘッド２０には、図１に示す如く、円盤状工具１４の基板１４ａに冷却媒体を供給して該基板１４ａを冷却する冷却手段３４が設けられている。実施例では、冷却手段３４としてボルテックスチューブが用いられている。このボルテックスチューブの構造について簡単に説明すると、ボルテックスチューブは先端部(一端部)に渦発生部を有し、該渦発生部に流入する常温の圧縮空気によって先端側(一端部側)から基端側(他端部側)へ移動する旋回暖気流を発生させると共に、該旋回暖気流の中心側に基端側から先端側へ移動する旋回冷気流を発生させるよう構成されている。そして、ボルテックスチューブの基端側に設けた温風出口からは、渦発生部に流入させた常温の空気よりも温度上昇した高温空気が吹き出される一方で、ボルテックスチューブの先端側に設けた冷風出口からは、渦発生部に流入させた常温の空気よりも温度低下した低温空気が吹き出されるようになっている。実施例では、ボルテックスチューブの冷風出口がソーヘッド２０の内部に臨むように構成されて、該冷風出口からソーヘッド２０内の円盤状工具１４における基板１４ａに冷却媒体としての低温空気を吹き付けることによって、該円盤状工具１４を冷却するよう構成されている。また、基板１４ａに対する低温空気の吹き付け部位は、具体的には前記ガイド２４,２６による基板１４ａの当接領域Ｋ(図２において一点鎖線で示した２重円の間の領域)と周方向に対応する位置に設定されて、基板１４ａにおけるガイド２４,２６との当接領域を積極的に冷却し得るよう構成されている。

前記ソーヘッド２０には、図１,図２に示す如く、円盤状工具１４の外周(加工部１４ｂ)に冷却媒体を供給して該円盤状工具１４の外周を冷却する外周冷却手段３６が設けられている。実施例では、外周冷却手段３６として、前記冷却手段３４と同じボルテックスチューブが用いられている。

ここで、前記ボルテックスチューブでは、温風出口からの高温空気の排出量を圧力弁等の排出量調節手段で調節したり、または渦発生部に流入する圧縮空気の圧力を調節することで、冷風出口から吹き出される低温空気の温度を任意に設定することができる。すなわち、円盤状工具１４の基板１４ａおよび加工部１４ｂに、該円盤状工具１４を切削加工に適した温度に維持するために適切な温度とした低温空気を吹き付けることで切削加工を円滑に行い得るようになっている。なお、円盤状工具１４の基板１４ａおよび加工部１４ｂに吹き付けられる低温空気の温度は、切削加工中における基板１４ａの温度を、常温以下の均一な温度にするのが好適である。円盤状工具１４における外周と内周の温度差が高いと熱座屈が発生するため、基板１４ａの厚みが０.８ｍｍの場合は、外周と内周の温度差が５℃以内が好ましい。例えば、常温が２５℃で金属製のワーク２２を切削加工する場合は、外周と内周の温度が２０℃〜２５℃の範囲が好適であり、木製のワーク２２を切削加工する場合も、外周と内周の温度が２０℃〜２５℃の範囲が好適である。

〔実施例の作用〕
次に、前述のように構成された実施例のワーク加工機１０の作用について説明する。

前記ワーク２２の切削加工に際して回転する円盤状工具１４は、前記切削領域の近傍において、基板１４ａが周方向に離間する２組のガイド手段２８,２８の夫々の一対のガイド２４,２６で軸方向の両側から挟持されているので、該円盤状工具１４の軸方向への撓みは規制される。すなわち、円盤状工具１４の厚みを薄くしても該円盤状工具１４が軸方向に撓まないので、ワーク２２の切削面の不良発生を防止し得ると共に、円盤状工具１４の破損(座屈)を防止し得る。また、円盤状工具１４は、前記冷却手段３４,３６から吹き付けられる低温空気により冷却されるので、前記ガイド２４,２６が基板１４ａに当接していても、基板１４ａが発熱するのは抑えられる。なお、円盤状工具１４の加工部１４ｂには、前記外周冷却手段３６から低温空気が直接吹き付けられるので、ワーク２２の切削加工による加工部１４ｂの発熱を抑えて該加工部１４ｂの耐久性の低下を抑制し得る。従って、回転中の円盤状工具１４が熱変形したり熱劣化により耐久性が低下するのを防止することができる。また、ガイド２４,２６を、スチールや超硬合金に比べてすべり性が高いセラミックスとしたので、基板１４ａとガイド２４,２６との摩擦による発熱を小さくすることができる。更に、実施例のワーク加工機１０では、円盤状工具１４を覆っているソーヘッド２０の内部に低温空気(冷却媒体)を吹き込んでいるので、該ソーヘッド２０の内部全体が温度低下して円盤状工具１４の広い領域を冷却することができ、発熱抑制効果は高い。また、実施例のワーク加工機１０では、ソーヘッド２０の下側に切削加工位置を設定しているので、ソーヘッド２０の内部に吹き込まれた低温空気が切削加工位置まで行き渡り易く、切削領域の温度上昇を好適に抑えることができる。

すなわち、実施例のワーク加工機１０では、切削加工中の円盤状工具１４(基板１４ａ)を、切削領域の近傍において２組のガイド手段２８,２８の夫々の一対のガイド２４,２６で常に当接するように挟持すると共に、該円盤状工具１４を低温空気(冷却媒体)で冷却するよう構成したので、円盤状工具１４の熱変形や耐久性の低下を抑制しつつ、該円盤状工具１４の厚みを薄くすることができる。これによって、ワーク２２の歩留まりの向上、切削屑の排出量の減少、電力削減および騒音の低減という、円盤状工具１４の薄型化による効果が得られる。すなわち、円盤状工具１４における基板１４ａの厚みは、従来では１.２５ｍｍが限界であったものが、１.２ｍｍ以下としても円盤状工具１４が熱変形等することなくワーク２２を安定して切削加工し得ることができるようになる。なお、実施例のワーク加工機１０によれば、円盤状工具１４における基板１４ａの厚みを０.８ｍｍとしても、該円盤状工具１４が熱変形等することなくワーク２２を安定して切削加工し得ることが後述する実験によって検証された。

実施例のワーク加工機１０は、冷却手段３４,３６として、機械的駆動部のないボルテックスチューブを用いているので、ランニングコストを低廉に抑えることができる。また、冷却媒体として低温空気を用いているので、円盤状工具１４やソーヘッド２０の内部を汚すこともなく、メンテナンス性に優れている。

また、実施例のワーク加工機１０では、各ガイド手段２８における一対のガイド２４,２６で円盤状工具１４の基板１４ａを挟持しているので、図示しない振動手段でガイド２４,２６に振動を与えることで、円盤状工具１４を意図的に振動させてワーク２２を切削加工することができる。すなわち、ワーク２２の材質に応じて円盤状工具１４を振動させたり振動させないことを選択して切削加工を行うことができる。

〔実験例〕
次に、円盤状工具の基板を冷却することによる効果を検証した。
外径２８５ｍｍ、刃厚(加工部の厚み)１.０ｍｍ、基板厚み０.８ｍｍの円盤状工具としての丸鋸における切削領域の近傍を、超硬合金製の一対のガイドからなる２組のガイド手段で挟持した状態で一般炭素鋼(Ｓ１０Ｃ)を材質とする直径７０ｍｍの円柱状ワークを切断する際に、丸鋸を冷却する場合と冷却しない場合の該丸鋸の温度変化および状態を調べた。また、丸鋸の冷却は、ボルテックスチューブから吹き出される−１０℃(外気温度差−４０℃)の低温空気を丸鋸の基板に吹き付けて行い、丸鋸の切削加工時の回転数を１８７ｒｐｍとした。なお、ワークを切削加工する前の丸鋸の外周温度は２９℃であった。

丸鋸に低温空気を吹き付けた状態での切削加工では、ワークを１０回連続して切断した後の丸鋸の外周温度は２８℃であった。そして、丸鋸の発熱による熱座屈や熱変形が原因とみられる挽き曲りが発生することなく、各ワークの切断面(切削面)の状態が良好で全てのワークを安定して切断できた。これに対し、丸鋸を冷却しない切削加工では、ワークを３回連続して切断した後の丸鋸の外周温度は３５℃であった。そして、発熱による熱座屈や熱変形が原因とみられる挽き曲りが発生して、その後のワークの切断が困難となった。

すなわち、切削加工中の円盤状工具を、二対のガイドで常に当接するように挟持すると共に、該円盤状工具を冷却媒体で冷却することで、厚みの薄い円盤状工具が熱変形等することなくワークを安定して切削加工し得る結果が得られた。

〔変更例〕
本発明は、前述した実施例の構成に限定されるものでなく、その他の構成を適宜に採用することができる。
(1) 実施例では、円盤状工具を冷却する冷却媒体として空気を挙げたが、ミストや液体窒素等の液体であってもよく、冷却手段としては、これらの冷却媒体を円盤状工具の基板に供給し得るものであればよい。
(2) また、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、窒素、メタン、フロン、空気、水蒸気、あるいはこれらの混合物からなるプラズマ用ガスから生成されたプラズマを冷却媒体として用いることができる。プラズマを冷却媒体として用いる場合、プラズマを生成するガスの種類、ガスの流量、プラズマを生成する際に印加するエネルギーの量、プラズマを生成する方法、プラズマ発生室の雰囲気、プラズマ用ガスの温度等、各種の条件を変えることによって生成されるプラズマの温度を調節することができるので、円盤状工具の冷却に適した温度のプラズマを基板に供給することで安定した切削加工を図り得る。
(3) 実施例では、ボルテックスチューブにより低温空気を生成して円盤状工具の基板に供給するよう構成したが、半導体素子に電流を流すことで得られるペルチェ効果を利用した冷却装置や蒸気圧圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えた冷却装置で生成した低温空気を基板に供給する手段を冷却手段として採用し得る。また、冷却液体としての液体窒素を基板に吹き付け等によって直接供給したり、液体窒素を用いた冷却器を通して熱交換した空気を基板に供給する等、冷却手段としては公知の各種手段を用いることができる。
(4) 実施例では、円盤状工具の基板におけるソーヘッド(収容部)に収容されている部位に冷却媒体を吹き付ける(供給する)よう構成したが、基板とガイドとの当接部に冷却媒体を直接吹き付ける構成を採用し得る。
(5) 実施例では、円盤状工具の基板(ガイドとの当接領域)と外周との夫々に冷却媒体を吹き付けるよう構成したが、円盤状工具の外周に冷却媒体を供給する外周冷却手段は必要に応じて設ければよい。
(6) ガイド自体をセラミックスとするのに代えて、ガイドの円盤状工具との当接面にセラミックスをコーティングする構成を採用し得る。
(7) ワーク加工機は、金属に限らず、木材、木質材質、樹脂または非鉄金属の切削加工に好適に使用できる。

１４円盤状工具
１４ａ基板
１４ｂ加工部
２２ワーク
２４表ガイド(ガイド)
２６裏ガイド(ガイド)
２８ガイド手段
３４冷却手段
３６外周冷却手段

Claims

基板(14a)の外周に加工部(14b)を設けた円盤状工具(14)を回転させて、ワーク(22)を加工するワーク加工機において、
前記円盤状工具(14)の周方向に離間して設けられ、該円盤状工具(14)を挟んで対向配置した一対のガイド(24,26)を前記基板(14a)に両側から当接させて、該基板(14a)の撓みを抑制する２組のガイド手段(28,28)と、
前記基板(14a)に冷却媒体を供給して、該基板(14a)における前記ガイド(24,26)による当接領域を冷却する冷却手段(34)とを備えた
ことを特徴とするワーク加工機。
前記円盤状工具(14)の外周に冷却媒体を供給して、該円盤状工具(14)の外周を冷却する外周冷却手段(36)を備えている請求項１記載のワーク加工機。
前記ガイド(24,26)は、前記基板(14a)との当接面にセラミックスが設けられている請求項１または２記載のワーク加工機。