JP5920153B2 - 切削加工装置及び切削粉の集塵方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク（加工対象物）の切削粉を集塵する、切削加工装置及び切削粉の集塵方法に関する。

基板の製造工程においては、製造効率を向上させるために、１枚のパネルに複数の基板を配置した多面取り基板が用いられている。多面取り基板における各基板は、その輪郭の一部をリブとして残した状態でパネルと一体化されており、各種の電子部品が実装されている。そして、基板にストレスを与えずに、多面取り基板を分割する方法の１つとして、ルーター加工機を使用し、回転する円筒形状のルータービットにより、各基板のリブを切断する方法が知られている。ルータービットを回転させながら基板のリブを切断すると、リブの切断時に切削粉が飛散して基板に付着してしまうため、リブの下面から切削粉を吸引して集塵する方法が提案されている。

特開２０１０−３６２６３号公報

しかしながら、リブの下面から切削粉を吸引して集塵する方法では、基板によって切削粉の吸引流路が遮られてしまうため、基板の上面の一部領域、具体的には、リブが延びる方向の両端に、切削粉を吸引できない領域が形成されてしまう。このため、基板の上面に切削粉が残ってしまい、これを除去する清掃が必要となる場合が多かった。

そこで、本発明は、ワークの上面に付着した切削粉の集塵効率を向上させた、切削加工装置及び切削粉の集塵方法を提供することを目的とする。

所定の経路に沿って工具を移動させてワークを切削する切削加工装置は、ワークの切削箇所の下方から切削粉を吸引して集塵する集塵装置と、ワークの切断箇所に配置され、工具が貫通しつつ所定の経路に沿って移動可能なスリーブと、を有する。また、スリーブの工具の移動方向に垂直な両側面は、ワークの上面を臨む開口部が形成されている。そして、集塵装置は、スリーブの開口部を介して、ワークの上面の切削粉を吸引して集塵する。

スリーブの開口部を介してワークの上面の切削粉が吸引されるため、ワーク上面に付着した切削粉の集塵効率を向上させることができる。

切削加工装置の一例としてのルーター加工機の概要を示す斜視図である。 多面取り基板の一例を示す斜視図である。 冶具の一例を示す斜視図である。 基板を固定した状態の冶具の一例を示す斜視図である。 切削粉の集塵構造を示す部分断面図である。 切削粉を集塵できない集塵不可領域を示し、（Ａ）は基板切断箇所の斜視図、（Ｂ）は集塵不可領域が形成される理由の説明図である。 スリーブの取付構造を示す部分断面図である。 スリーブの具体的構造を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図である。 スリーブの集塵作用を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は断面図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係る切削加工装置の一例として、多面取り基板を分割するルーター加工機の概要を示す。

機械本体の一部を構成するテーブル１００の上面には、主軸が鉛直方向を向くスピンドル（電動機）１１０を、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させる３軸アクチュエータ１２０が取り付けられている。ここで、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向及びＺ軸方向とは、夫々、機械の正面に立って、工具とワークとの相対運動が左右方向，前後方向及び上下方向となる方向をいう。

スピンドル１１０は、例えば、ＡＣ（交流）モータ，ＤＣ（直流）モータ，ＡＣサーボモータなどからなり、低速回転〜高速回転まで任意に回転数を変更できるようになっている。スピンドル１１０の出力軸（回転軸）の先端には、多面取り基板（以下「基板」と略記する。）１３０を分割するためのルータービット１１２を着脱可能に固定する、チャック１１４が取り付けられている。ここで、ルータービット１１２が、工具の一例として挙げられる。

３軸アクチュエータ１２０は、次のように構成されている。
即ち、テーブル１００の上面に、Ｙ軸方向に延びるレール部材１２２と、内蔵されたＹ軸アクチュエータによりＹ軸方向に往復動する駆動部１２４Ａを上面に備えた第１の駆動部材１２４と、が離間しつつ平行に固定されている。レール部材１２２と第１の駆動部材１２４との間には、Ｘ軸方向に延びた状態で、内蔵されたＸ軸アクチュエータによりＸ軸方向に往復動する駆動部１２６Ａを上面に備えた第２の駆動部材１２６が掛け渡されている。ここで、レール部材１２２に支持されている第２の駆動部材１２６の一端は、レール部材１２２に沿ってＹ軸方向に移動可能なようになっている。また、第２の駆動部材１２６の駆動部１２６Ａには、スピンドル１１０をＺ軸方向に往復動させるＺ軸アクチュエータが内蔵された第３の駆動部材１２８が固定されている。

従って、第１の駆動部材１２４，第２の駆動部材１２６及び第３の駆動部材１２８を適宜制御することで、スピンドル１１０をＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸で規定される任意の位置に移動させることができる。

また、テーブル１００の上面には、テーブル１００に対して基板１３０を固定するための冶具１４０が取り付けられている。
基板１３０は、図２に示すように、所定寸法を有する矩形形状のパネル１３２に、電子部品が実装される、複数の実装領域１３４及び１３６が多面取りされたものである。実装領域１３４及び１３６の輪郭は、その一部をリブ１３８として残し、他の部分を切断することで、ルーター加工機による分割を容易にしつつパネル１３２と一体化されている。なお、図２に示す基板１３０は、１枚のパネル１３２に２つの実装領域１３４及び１３６を多面取りしているが、１枚のパネル１３２に３つ以上の実装領域を多面取りするようにしてもよい。

冶具１４０は、図３に示すように、テーブル１００の上面に固定されるベース部材１４２と、ベース部材１４２に対して開閉可能に連結される天板部材１４４と、ベース部材１４２と天板部材１４４とを開閉可能に連結する一対のヒンジ部材１４６と、を有する。

ベース部材１４２には、基板１３０のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動を規制するために、基板１３０と略同形の断面を有する凹部１４２Ａが陥凹形成されている。凹部１４２Ａの底面は、例えば、基板１３０のリブ１３８を除く下面を支持する凹凸形状をなし、リブ１３８の切断を考慮して、リブ１３８の周囲がベース部材１４２から浮き上がった状態となっている。また、ベース部材１４２の周縁部には、天板部材１４４を閉じた状態で固定するボルトなどの締結部材が螺合する、複数の雌螺子部１４２Ｂが形成されている。さらに、ベース部材１４２には、天板部材１４４を開いた状態で当接し、天板部材１４４の開いた状態を保持する、板面が斜め後方へと延びる保持部材１４２Ｃが取り付けられている。

一方、天板部材１４４には、基板１３０の実装領域１３４及び１３６に実装された電子部品との干渉を避けるために、実装領域１３４及び１３６より若干大きい開口１４４Ａ及び１４４Ｂが形成されている。天板部材１４４の開口１４４Ａ及び１４４Ｂの周縁部には、基板１３０のリブ１３８を上方から覆うように、周縁部から内方に向かって突出する突出部１４４Ｃが一体的に形成されている。また、天板部材１４４には、作業者が天板部材１４４を開閉するときに把持する把持部１４４Ｄが取り付けられていると共に、ベース部材１４２の雌螺子部１４２Ｂに対応した位置に締結部材の挿通孔１４４Ｅが形成されている。

そして、ベース部材１４２に対して天板部材１４４を閉じた状態において、図４に示すように、天板部材１４４の上方から挿通孔１４４Ｅに締結部材１４８を挿通し、その雄螺子部をベース部材１４２の雌螺子部１４２Ｂに螺合することで、冶具１４０に基板１３０を固定する。このとき、天板部材１４４が基板１３０をベース部材１４２に向けて上方から押し付けるので、Ｚ軸方向の基板１３０の移動が規制される。ここで、締結部材１４８としては、作業性を考慮し、例えば、六角穴付ボルトなどを使用することができる。

また、ベース部材１４２の凹部１４２Ａの底面には、図５に示すように、基板１３０のリブ１３８の下方から切削粉を吸引するため、基板１３０のリブ１３８に近接する位置で吸引口が開口する、略円筒形状をなす吸引部材１４２Ｄが複数立設されている。吸引部材１４２Ｄの横断面は、平面視で、少なくともリブ１３８の切断箇所を囲繞する形状、例えば、リブ１３８の切断箇所に沿って延びる長穴形状をなしている。そして、吸引部材１４２Ｄが取り付けられた部位のベース部材１４２には、吸引部材１４２Ｄの吸引通路と連通する、長穴形状の連通孔１４２Ｅが形成されている。なお、図５において符号１４４Ｆで示す部材は、天板部材１４４の下面に取り付けられ、基板１３０の上面をベース部材１４２に向けて付勢するラバーなどの弾性部材であるが、これはなくてもよい。

テーブル１００の下方、具体的には、冶具１４０の下方には、基板１３０のリブ１３８を切断したときに飛散する切削粉を集塵する集塵装置１５０が取り付けられている。集塵装置１５０は、冶具１４０のベース部材１４２の下方から切削粉を集塵する集塵チェンバー１５２と、図示しない吸引ファンなどの吸引機と、集塵チェンバー１５２と吸引機とを連通接続させる配管１５４と、を有する。集塵チェンバー１５２は、上方から下方に向かうにつれてＹ軸方向の幅が徐々に狭くなる形状、要するに、略切妻屋根形状を上下逆にした形状をなしている。そして、集塵チェンバー１５２のＸ軸方向の両側面に、例えば、切削粉を捕捉するフィルタを介して、配管１５４の一端が接続されている。従って、吸引機を作動させると、冶具１４０，集塵チェンバー１５２，配管１５４及び吸引機という切削粉の吸引流路が形成され、基板１３０のリブ１３８の切削粉が集塵チェンバー１５２に吸引されて集塵される。

また、スピンドル１１０，３軸アクチュエータ１２０の第１の駆動部材１２４，第２の駆動部材１２６及び第３の駆動部材１２８並びに吸引機を制御するために、マイクロコンピュータを内蔵した制御装置１６０が取り付けられている。制御装置１６０は、スピンドル１１０及び吸引機を適宜制御すると共に、作業者の指示に応答して、所定の経路に沿ってスピンドル１１０のルータビット１１２を移動させて、基板１３０のリブ１３８を切断する。

ここで、スピンドル１１０のルータービット１１２により、基板１３０のリブ１３８を切断するときに飛散する切削粉について説明する。
リブ１３８の切断により発生する切削粉は、図６（Ａ）に示すように、リブ１３８の下方に位置する吸引部材１４２Ｄの開口から集塵装置１５０へと吸引される。このとき、ルータービット１１２と基板１３０との間に間隙があることから、切断箇所の側方及び下方へと飛散した切削粉は、この間隙を介して吸引部材１４２Ｄへと吸引される。しかし、切断箇所から基板１３０の上方へと飛散した切削粉は、吸引部材１４２Ｄの開口と切削粉との間に基板１３０があることから、吸引部材１４２Ｄへと吸引され難い。このため、図６（Ｂ）に示すように、リブ１３８の切断方向の両側に集塵不可領域が形成されてしまう。

そこで、集塵不可領域から切削粉を集塵可能とすべく、図７に示すように、冶具１４０の天板部材１４４の突出部１４４Ｃに、ベース部材１４２の吸引部材１４２Ｄの吸引口と連通するスリーブ１７０が取り付けられる。スリーブ１７０の横断面は、図８に示すように、ルータービット１１２が貫通しつつ移動しリブ１３８を切断可能な形状、例えば、吸引部材１４２Ｄと相似形の長円形状を有している。スリーブ１７０には、基板１３０のリブ１３８の切断箇所の両側、即ち、ルータービット１１２の移動方向に垂直な両側面に、基板１３０の上面を臨むスリット状の開口部１７０Ａが形成されている。スリーブ１７０の開口部１７０Ａは、スリーブ１７０の下端から上方に向けて形成された切欠き１７２と基板１３０の上面とで形成されている。なお、スリーブ１７０の開口部１７０Ａは、リブ１３８の切断箇所の全長に亘って形成されている。

ここで、スリーブ１７０の切欠き１７２は、スリーブ１７０が基板１３０のリブ１３８を跨ぎ、その下端の開口が吸引部材１４２Ｄの吸引口に近接するように形成するとよい。このようにすれば、スリーブ１７０と吸引部材１４２Ｄとの間の隙間が小さくなり、切削粉の吸引流路を流れる空気の流速低下を抑制することができる。

次に、かかるルーター加工機の作用について説明する。
基板１３０を分割する準備として、作業者は、冶具１４０の把持部１４４Ｄを把持して天板部材１４４を開き、ベース部材１４２の凹部１４２Ａに基板１３０を収容させる。ベース部材１４２に基板１３０を収容したら、作業者は、冶具１４０の把持部１４４Ｄを把持して天板部材１４４を閉じ、天板部材１４４の上方から締結部材１４８を螺合して、冶具１４０に対して基板１３０を固定する。そして、作業者は、例えば、図示しない起動ボタンを両手で押すことで、スピンドル１１０の先端に取り付けられたルータービット１１２が所定の経路に沿って移動し、基板１３０のリブ１３８を切断する。

基板１３０のリブ１３８を切断するとき、ルータービット１１２は、冶具１４０の天板部材１４４に取り付けられたスリーブ１７０を貫通しつつ移動する。この状態では、基板１３０のリブ１３８を跨ぐようにスリーブ１７０が配置され、スリーブ１７０の下端の開口は、その下方に位置する吸引部材１４２Ｄの吸引口と連通している。そして、スリーブ１７０を介して切削粉が吸引されるとき、図９に示すように、スリーブ１７０の開口部１７０Ａが基板１３０の上面を臨んでいるため、この開口部１７０Ａによりエジェクタ効果が発揮され、ここから周囲の大気が勢いよく吸い込まれる。このため、基板１３０のリブ１３８の周囲に存在する集塵不可領域に付着した切削粉は、開口部１７０Ａからスリーブ１７０の内部へと流れる気流に乗ってスリーブ１７０内へと吸引され、吸引部材１４２Ｄを介して集塵装置１５０の集塵チェンバー１５２へと集塵される。

従って、スリーブ１７０の開口部１７０Ａによるエジェクタ効果によって、基板１３０の上面に付着した切削粉の集塵効率を向上させることができる。
なお、本実施形態は、基板１３０の切断箇所だけではなく、基板１３０に長穴を形成する箇所にも適用することができる。また、本発明は、ルーター加工機に限らず、ワークの一部を切削して切断する、種々の切削加工装置に適用することもできる。

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）所定の経路に沿って工具を移動させてワークを切削する切削加工装置において、前記ワークの切削箇所の下方から切削粉を吸引して集塵する集塵装置と、前記ワークの切削箇所に配置され、前記工具が貫通しつつ前記所定の経路に沿って移動可能なスリーブと、を有し、前記スリーブの前記工具の移動方向に垂直な両側面に、前記ワークの上面を臨む開口部が形成されている、ことを特徴とする切削加工装置。

（付記２）前記スリーブの開口部は、前記スリーブの下端から上方に向けて形成された切欠きと前記ワークの上面とで形成されている、ことを特徴とする付記１に記載の切削加工装置。

（付記３）前記スリーブの開口部は、前記ワークの切削箇所の全長に亘って形成されている、ことを特徴とする付記１又は付記２に記載の切削加工装置。

（付記４）前記スリーブの下端は、前記集塵装置の吸引口に対向した位置で開口している、ことを特徴とする付記１〜付記３のいずれか１つに記載の切削加工装置。

（付記５）前記スリーブは、前記ワークを上方から押し付けて固定する冶具に取り付けられている、ことを特徴とする付記１〜付記４のいずれか１つに記載の切削加工装置。

（付記６）前記冶具は、前記ワークを収容するベース部材と、前記ベース部材に対して開閉可能に接続される天板部材と、を有し、前記スリーブは、前記天板部材に取り付けられている、ことを特徴とする付記５に記載の切削加工装置。

（付記７）前記天板部材には、前記ワークを前記ベース部材に向けて付勢する弾性部材が取り付けられている、ことを特徴とする付記６に記載の切削加工装置。

（付記８）所定の経路に沿って工具を移動させてワークを切削すると共に、前記ワークの切削箇所の下方から切削粉を吸引して集塵する切削加工装置において、前記ワークの切断箇所に、前記工具の移動方向に垂直な両側面に前記ワークの上面を臨む開口部が形成された、前記工具が貫通しつつ前記所定の経路に沿って移動可能なスリーブを配置し、前記開口部を介して前記ワークの上面の切削粉を吸引して集塵する、ことを特徴とする切削粉の集塵方法。

（付記９）前記スリーブの開口部は、前記スリーブの下端から上方に向けて形成された切欠きと前記ワークの上面とで形成されている、ことを特徴とする付記８に記載の切削粉の集塵方法。

（付記１０）前記スリーブの開口部は、前記ワークの切削箇所の全長に亘って形成されている、ことを特徴とする付記８又は付記９に記載の切削粉の集塵方法。

（付記１１）前記スリーブの下端は、前記切削粉の吸引口に対向した位置で開口している、ことを特徴とする付記８〜付記１０のいずれか１つに記載の切削粉の集塵方法。

（付記１２）前記スリーブは、前記ワークを上方から押し付けて固定する冶具に取り付けられている、ことを特徴とする付記８〜付記１１のいずれか１つに記載の切削粉の集塵方法。

（付記１３）前記冶具は、前記ワークを収容するベース部材と、前記ベース部材に対して開閉可能に接続される天板部材と、を有し、前記スリーブは、前記天板部材に取り付けられている、ことを特徴とする付記１２に記載の切削粉の集塵方法。

（付記１４）前記天板部材には、前記ワークを前記ベース部材に向けて付勢する弾性部材が取り付けられている、ことを特徴とする付記１３に記載の切削粉の集塵方法。

１１２ ルータービット
１３０ 基板
１３８ リブ
１４０ 冶具
１４２ ベース部材
１４２Ｄ 吸引部材
１４４ 天板部材
１４４Ｆ 弾性部材
１５０ 集塵装置
１７０ スリーブ
１７０Ａ 開口部
１７２ 切欠き

Claims (10)

1. 所定の経路に沿って工具を移動させてワークを切削する切削加工装置において、
   前記ワークの切削箇所の下方から切削粉を吸引して集塵する集塵装置と、
   前記ワークの切削箇所に配置され、前記工具が貫通しつつ前記所定の経路に沿って移動可能なスリーブと、
   を有し、
   前記スリーブの前記工具の移動方向に垂直な両側面に、前記ワークの上面を臨む開口部が形成されている、
   ことを特徴とする切削加工装置。
2. 前記スリーブの開口部は、前記スリーブの下端から上方に向けて形成された切欠きと前記ワークの上面とで形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記スリーブの開口部は、前記ワークの切削箇所の全長に亘って形成されている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の切削加工装置。
4. 前記スリーブの下端は、前記集塵装置の吸引口に対向した位置で開口している、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の切削加工装置。
5. 前記スリーブは、前記ワークを上方から押し付けて固定する冶具に取り付けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の切削加工装置。
6. 所定の経路に沿って工具を移動させてワークを切削すると共に、前記ワークの切削箇所の下方から切削粉を吸引して集塵する切削加工装置において、
   前記ワークの切削箇所に、前記工具の移動方向に垂直な両側面に前記ワークの上面を臨む開口部が形成された、前記工具が貫通しつつ前記所定の経路に沿って移動可能なスリーブを配置し、前記開口部を介して前記ワークの上面の切削粉を吸引して集塵する、
   ことを特徴とする切削粉の集塵方法。
7. 前記スリーブの開口部は、前記スリーブの下端から上方に向けて形成された切欠きと前記ワークの上面とで形成されている、ことを特徴とする請求項６に記載の切削粉の集塵方法。
8. 前記スリーブの開口部は、前記ワークの切削箇所の全長に亘って形成されている、ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の切削粉の集塵方法。
9. 前記スリーブの下端は、前記切削粉の吸引口に対向した位置で開口している、ことを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれか１つに記載の切削粉の集塵方法。
10. 前記スリーブは、前記ワークを上方から押し付けて固定する冶具に取り付けられている、ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか１つに記載の切削粉の集塵方法。