JP4842015B2 - 脆性材料用のカッターホイールのチップホルダー - Google Patents

Description

本発明は、ガラス、セラミックなど脆性材料を切断する時に用いられるカッターホイールを支持するホルダーに関するものである。

従来のカッターホイールと軸とホルダーを組み合わせた例を示すものが図１１、図１２であり、カッターホイール、軸、ホルダーは各々が別々に製造されて市場に供給されていた。カッターホイールをホルダーのスリット部分に差し込み、カッターホイールとホルダーのそれぞれ両方に貫通してある孔に軸を挿通する構造であった。図１２は、スリット部を形成するコの字形の部分が二分割になる構造を示すものである。

また、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールとホルダーの組み合わせを図１３に示す。軸受と一体になっているホルダーにあけられたねじ孔にねじをねじ込むことによって、カッターホイールを挟んで、両側からカッターホイールを押しつける力を調節する構造であった。

カッターホイールと軸が別々になっている場合、カッターホイールと軸は超硬合金製、あるいは焼結ダイヤモンド製が主で、ホルダーは主に焼入れ鋼を使用している為、それぞれの材質に硬度の差がある以上、それらが係合する部分において、硬度が低い材質を用いている部分ほど摩耗は早い。

例えば、カッターホイールが焼結ダイヤモンド製で軸が超硬合金製の場合、軸の摩耗は早く、また、軸が焼結ダイヤモンド製、超硬合金製のいづれの場合でも、ホルダーに直接あけられた軸孔の摩耗は早い。特に軸が焼結ダイヤモンド製の時は著しい。加えて、カッターホイールが超硬合金製、焼結ダイヤモンド製のいづれの場合でも、カッターホイールの両側面に係合するホルダーのスリット部分の内壁面が摩耗する。この場合もカッターホイールが焼結ダイヤモンド製の時は著しい。

また、カッターホイールが回転移動して被切断物に正常なスクライブ線を刻むには、軸とカッターホイールの軸孔とホルダーの軸孔、及び、カッターホイールの両側面とホルダーのスリット部分の内壁面がそれぞれ係合する部分に適宜なクリアランスが必要で、それぞれが摩耗していない新品か、あるいはそれに近い状態であれば、その適宜なクリアランスは確保されるが、カッターホイールと軸を組み込んだホルダーの使用頻度が高くなるにつれ、前述したようにカッターホイールと軸とホルダーが係合する全ての部分に摩耗が生じ、その為に前記の適宜なクリアランスはわずかに広がり、スクライブに悪影響を及ぼしてくる。

特にカッターホイールの両側面と係合するホルダーのスリット部分の内壁面が摩耗すると、このカッターホイールの側面とこのホルダーのスリット部分の内壁面とのわずかに広がったクリアランスにより、スクライブ加工時にカッターホイールの倒れが発生しやすくなり、また、このクリアランスから切粉などが侵入しやすくなり、それらの事態が起きるとカッターホイールの回転不良を招き、その結果、カッターホイールの寿命が短くなったり、製品の歩留まりが悪くなったりする。

カッターホイールと軸は消耗品として扱われている為、摩耗などによる性能低下が認められればすぐに交換されるが、ホルダーの場合はカッターホイールや軸に比べて高価であることもあり、カッターホイールや軸よりも硬度が低い焼入れ鋼を用いているにもかかわらず、長く使用されることが多い。常に安定したスクライブ加工を行う為にも、カッターホイールや軸を交換するようにホルダーもできるだけ早い周期で交換するのが望ましいが、現状はそうでない。従来の技術によれば上記の問題が一つ発生した。

また、従来の技術によれば図１１のホルダーを製作する際、スリット部分の加工（ミーリング、あるいは研削）により、図１４に示すようにスリット部分の出口側が奥側より広がってしまう傾向がある。この問題が一つ発生した。

このようにホルダーが変形してしまうと、カッターホイールの両側面とホルダーのスリット部分の内壁面とのクリアランスが広がり、ホルダーが新品の時でさえ、前述のようにスクライブ加工時にカッターホイールの倒れが発生したり、そこから切粉などが侵入したりして、カッターホイールの回転不良を招き、その結果、カッターホイールの寿命を短くする。且つ、製品の歩留まりを悪くする。図１２に示すように、ホルダーを二分割にすると上記問題は解決するが、新たにこのホルダーを製作する上で、スリット幅の寸法をだすのが難しくなるなどの問題が発生する。

刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールの場合、このカッターホイールの刃先稜線の両側に円錐状の軸が一体的に形成してある為、円錐の曲面部分を成形研磨していくことでその厚さ（円錐の高さの二倍）決めと軸づくり（芯出しなど）が同時に行われる。その為にその厚さにばらつきが生じる可能性がある。それ故にこのカッターホイールの軸を支持する軸受が組み込まれたホルダーのスリット部分の幅の寸法設定がむずかしい。従来の技術によれば、このカッターホイールの軸の支持を、ホルダーにあけられたねじ孔にねじをねじ込むことによって調節して行われていたが、そのセッティングは極めて困難であった。

そこで本発明は上記の問題点を克服すべく、寸法形状の精度が高く、且つ、ホルダーに組み込まれている軸受がカッターホイールや軸のように摩耗したらすぐに交換できるような構造をしており、しかも、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールにも対応できるチップホルダーを提供することを課題とする。そうすることによって常に安定したスクライブ加工ができ、且つ、カッターホイールの寿命を伸ばすことができる。

ホルダー本体と脆性材料をスクライブするカッターホイールとこのカッターホイールの軸心部を挿通する軸とこの軸を保持する軸受からなるチップホルダーであって、上記の課題を解決するために、第一発明は、前記カッターホイールの両側に、回転可能になっている前記軸と係合する、前記ホルダー本体から各々が着脱自在な二つの前記軸受を有することを特徴とするチップホルダーである。

また、第一発明は、前記二つの軸受を有し、前記ホルダー本体に、この二つの軸受を突き当て位置決めできる平面を有し且つ前記カッターホイールの軸心部を挿通する軸方向に沿ったＶ溝を設けたことを特徴とするチップホルダーである。

また、第二発明は、前記二つの軸受と前記Ｖ溝を有し、前記カッターホイールの両側面に面する前記二つの軸受の端面の形状が、凸Ｒ、あるいは、前記カッターホイールに向かってテーパー形状になっている前期二つの軸受を有することを特徴とするチップホルダーである。

第一発明によれば、カッターホイール両側に位置する二つの軸受がホルダー本体から各々が着脱自在な構造になっているので、軸受の軸孔やカッターホイールの側面に面する端面が摩耗した時など、この二つの軸受はホルダー本体を交換することなく交換することができる。

また第一発明によれば、前記二つの軸受を突き当て位置決めできる平面を有するＶ溝を設け、例えば図６に示す治具を使って、ホルダー本体の中心線上にカッターホイールの刃先稜線を一度だけ位置出しし、このホルダー本体に付随する二枚のうちの一枚のプレートで一つの軸受を固定すれば、この一つの軸受が位置的な基準になる為、次からはこの位置出し作業をしなくてよく、それ故に軸受、軸及びカッターホイールの交換がいっそう簡単になる。

また第一発明、第二発明によれば、軸や軸受などを含めたホルダーの構成パーツやホルダー本体の形状が単純なので、高い精度でそれらを製作することができ、また、それらの製作過程において、変形するなどということはまずありえない。

また第一発明、第二発明によれば、本ホルダーはカッターホイールの軸心部を挿通する軸方向の寸法は自由に設定できるので、どんな厚さのカッターホイールでも組み込むことが可能な為、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールにおいても、例えば図６に示すような治具をつくることによって、ホルダーへの組み込みとセッティングが簡単にできるようになる。

また第一発明、第二発明によれば、二つの軸受がホルダー本体から各々が着脱自在な構造になっているので、カッターホイールの両側面に面するこの二つの軸受の端面を凸Ｒやテーパー形状に加工することができ、その端面の面積を小さくすることにより、カッターホイールとの摩擦が減り、カッターホイールの軽快な回転移動が可能になる。

第一発明、第二発明の一実施形態を図１に示す。
図２、及び図３に示すように、カッターホイール１は外周縁に刃先２が設けられた略算盤玉状に形成され、このカッターホイール１には軸心部を貫通する軸孔３が設けられている。このカッターホイール１は超硬合金やダイヤモンド焼結体などが用いられ例えば２〜６ｍｍ程度の外径に形成される。

このカッターホイール１の両側に二つの軸受４を配し、このカッターホイール１を回転自在になるように支え持つ軸５を挿入する。この軸５も、カッターホイール１と同様に超硬合金やダイヤモンド焼結体などが用いられる。この軸５の外径は、カッターホイール１と軸受４の軸孔の最小内径に対して、遊嵌する程度に設定されている。

二つの軸受４は、図１の場合は円柱形状でその軸心部に軸孔が設けられている。材質は超硬合金、ダイヤモンド焼結体やセラミックなどが用いられる。外径はカッターホイール１の外径より小さければよく、また、長さは自由に設定することができる。軸受４の軸孔は貫通しなくてもよいが、その場合、先にカッターホイール１の軸孔３に軸５を通し、次にカッターホイール１の両側からそれを挟むような格好で、二つの軸受４の軸孔にそれぞれ軸５を挿入し、組むことになる。

また図４、図５に示すように、カッターホイール１の両側面に面する二つの軸受４の端面の形状が、凸Ｒあるいはカッターホイール１に向かってテーパー形状になっている。

また図１に示すように、焼入れ鋼などでつくられたホルダー本体６の前面下部に、カッターホイール１の軸心部を挿通する軸方向に沿ったＶ溝を形成する。そのＶ溝に、カッターホイール１の両側に二つの軸受４を配し、それらの軸心部に軸５を挿通して構成された一式を突き当て、その一式を上から挟むような格好で、その一式の上にそれぞれに馬鹿穴のあいた二枚のプレートを組み、それらの馬鹿穴にそれぞれねじを通し、あらかじめホルダー本体６に設けられた、その二枚のプレート上の馬鹿穴に対応した二つのねじ孔に前記ねじをねじ込むことによって、その二枚のプレートを押圧し、前記一式の中に組まれた二つの軸受４をホルダー本体６に固定する。

この時、カッターホイール１がホルダー本体６と二枚のプレートに接触しないように、前記一式をホルダー本体６に組み込み二枚のプレートを被せたと想定した時、前記一式の中のカッターホイール１が接触する、ホルダー本体６と二枚のプレートの部分をあらかじめ機械加工によって取り除いておく。

例えば図６に示すように、工具顕微鏡などのＸＹテーブル上に仮固定されたホルダー本体６を挟むような格好で、二つの軸受４の両側にマイクロメータヘッドを取り付ける。そのホルダー本体６にねじ込まれている、二つの軸受４をホルダー本体６に押圧している二枚のプレート固定用の二本のねじを仮締めの状態で、前記マイクロメータヘッドを操作して二つの軸受４を動かすことによって、ホルダー本体６（あるいはホルダーの取り付けシャフト）の中心線上にカッターホイール１の刃先稜線２を精度よく位置出しすることができる。

そして一度それが位置出しされると、例えば、摩耗などによるカッターホイール１の交換の際、ホルダー本体６に、軸受４を押圧しているプレートを固定するねじを一本のみ締めたままの状態で（どちらか一つの軸受４を固定したままの状態で）、もう一本のねじを緩め、一つの軸受４をホルダー本体６からはずすことによって、カッターホイール１の交換ができる。固定された一つの軸受４が位置的な基準となっている為、この交換作業が終わった時点で、前述の位置出し作業も完了していることになり、前記治具を使用しての前述の位置出し作業は行わなくてよい。このことは軸５や軸受４の交換においても同様である。
また、カッターホイール１と軸受４との間にシクネステープなどを噛ますことによって、適宜なクリアランスをつくることができる。

また、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイール７が本ホルダーに組まれた時の一実施形態を図７に示す。前述までのカッターホイール１とその軸心部を挿通する軸５が、図８に示すような、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイール７に替わったものである。このカッターホイール７の材質は、主に焼結ダイヤモンドまたは超硬合金あるいは刃先部が焼結ダイヤモンドで円錐状の軸部８が超硬合金という三通りがある。

このカッターホイール７は二つの軸受４によって挟まれ、回転できるように両側から押しつけられているので、このカッターホイール７に一体化された円錐状の軸８とそれを保持する二つの軸受４はクリアランスがない状態で係合している。

例えば図６に示す治具において、どちらか一つのマイクロメータヘッドの先端にショックアブソーバなどを取り付け、まず、もう片方のマイクロメータヘッドを操作して、前述の位置出し作業を行い、ホルダー本体６の中心線上にカッターホイール７の刃先稜線９をそろえ、このマイクロメータヘッド側の軸受４を、プレート固定用ねじをねじ込むことによって、一枚のプレートで押圧して、ホルダー本体６に固定する。次にショックアブソーバがついたマイクロメータヘッドを操作して、そのショックアブソーバのある抗力を基準にして、二つの軸受４が両側からカッターホイール７を押しつける力を決める。いくつかの抗力の異なるショックアブソーバを用意することで適宜なセッティングを得ることができる。

また、このカッターホイール７は円錐の曲面部分を成形研磨して軸の芯出しなどを行いながら、その厚さ（円錐の高さの二倍）決めもするので、その厚さにばらつきが生じる可能性がある。ホルダー本体６の、カッターホイールの軸心部を挿通する軸方向の寸法は自由に設定できるので、どんな厚さのカッターホイールでも組み込むことが可能だが、前述のように、カッターホイール７の厚さにばらつきが生じている可能性がある為、ホルダー本体６の中心線上にカッターホイール７の刃先稜線９をそろえるという位置出し作業を、カッターホイール７、軸受４を交換するたびに行う必要がある。しかし、前述の方法でセッティングを簡単に行うことができる。

「実施形態における、発明の効果以外の効果」
この実施形態によれば、二つの軸受がホルダー本体より着脱自在になっているので、この二つの軸受を超硬合金やセラミック、あるいは焼結ダイヤモンドなどでつくることができ、それらの材質でつくられた軸受は焼入れ鋼でつくられていた従来の軸受に比べてはるかに長寿命になる。

軸受の軸孔がそれほど摩耗してなく、まだ使える状態であった場合、カッターホイールの側面に面するこの軸受の端面が一様に摩耗して、カッターホイールとのクリアランスが広がっても、新品のものに交換することなく、この軸受を、ホルダー本体に設けられたカッターホイールの軸心部を挿通する軸方向に沿ったＶ溝の平面に突き当てながら、シクネステープなどを噛まし、位置を少し動かすことによって、適宜なクリアランスを簡単に何度でもつくることができる。
軸受の端面を再研磨した場合も、前記作業を行うことによって簡単にホルダー本体にセットすることができる。
また、軸受の軸孔が摩耗した場合、あらかじめ軸受を長めに作っておき、その軸受をひっくり返してもう一方の端面をカッターホイールの側面に面するように配し、新品同様のものとして使うことができる。

また、超硬合金やセラミックなどでつくられた軸受が、ホルダー本体に設けられたＶ溝部分に摺動することなくただ突き当てられて押しつけられているだけなので、そのＶ溝部分はほとんど摩耗することはなく、さらにそのＶ溝部分（ あるいはホルダー本体全て） を超硬合金製にすることによって、ホルダー本体は相当に長い期間使用することができる。
そのＶ溝部分が摩耗することがあっても、そのＶ溝部分のみを少しだけ研磨すれば再び新品同様のものとして使うことができる。

前述のことがらから、ホルダー本体、カッターホイール、軸及び軸受がそれぞれ摩耗した場合、
（イ）ホルダー本体はＶ溝部分（あるいはホルダー本体全て）を超硬合金製にすることで、ほとんど摩耗することなく、相当に長い期間使用できる。
（ロ）カッターホイールは交換される。使用済みのカッターホイールはその後、再研磨され数回再使用される。
（ハ）軸は交換される。
（ニ）軸受は、端面を再研磨したり、あるいは、ひっくり返してもう一方の端面をカッターホイールの側面に面するように配するなどして、その軸孔が摩耗するまで使用し、摩耗したら交換される。
上記の交換作業はそれぞれ簡単に行うことができ、しかも、適宜なクリアランスを確保しながらそれぞれを精度よくホルダー本体にセッティングすることができる。つまり、常にホルダー本体、カッターホイール、軸及び軸受は摩耗のない、あるいは摩耗の少ない状態で使用することができる為、常に安定したスクライブ加工が可能になり、そうすることによってカッターホイールの寿命も伸びることになる。

「他の実施形態」
図１の実施形態では、二つの軸受は円柱形状で、その軸心部に軸孔が設けられていたが、他の実施形態では、ホルダー本体に設けられたＶ溝部分に遊びがなく動かないように突き当てができ、また固定できれば、四角柱や三角柱などでもよく、また、その孔の位置は、二つの軸受の端面上において、同じ位置であれば軸心部を通らなくてもよい。

図１の実施形態では、二つの軸受を各々に押圧して、ホルダー本体に固定させる為のプレートは二枚あったが、他の実施形態では、そのプレートは一枚でもよく、その場合、一枚のプレートで同時に二つの軸受を押圧してホルダー本体に固定する。

また、図９に示すようにホルダー本体の底面にＶ溝を設けてもよく、その場合、被切断物とのクリアランスがほとんどない為、軸受を押圧しホルダー本体に固定させる為のプレートの厚さはかなり薄くなり、図示のようなコの字あるいはＬ字形のカバー状のものになる。

あるいはまた、Ｖ溝がホルダー本体の前面下部にある場合、プレートが二つの軸受に直接接触しないように、例えばプレートを図１０に示すような段付き形状に加工するなどして、ねじなどによってホルダー本体に固定する。そして、そのプレートにあらかじめ設けてある二つ以上のねじ孔にねじ込んだねじによって、二つの軸受を各々直接押圧して、ホルダー本体に固定してもよい。

この発明の一実施形態を示す分解斜視図である。 カッターホイールの正面図である。 カッターホイールの側面図である。 この発明の第二実施形態を示す図で、カッターホイールの両側面に面する二つの軸受の端面が凸Ｒ 形状になっている。 この発明の第二実施形態を示す図で、カッターホイールの両側面に面する二つの軸受の端面がカッターホイールに向かってテーパー形状になっている。 カッターホイールをホルダーにセッティングする為の治具を上から見た図で、ホルダーとマイクロメータヘッドの関係を示す。 この発明の第三実施形態を示す分解斜視図である。 刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールの側面図である。 この発明の第四実施形態を示す図で、ホルダー本体の底面にＶ溝がある。 この発明の第六実施形態を示す図で、ホルダー本体の前面下部にＶ溝がある。 従来技術の第一実施形態を示す図である。 従来技術の第二実施形態を示す図である。 従来技術の第三実施形態を示す図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１ カッターホイール
２ 刃先（刃先稜線）
３ 軸孔
４ 軸受
５ 軸
６ ホルダー本体
７ 刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイール
８ 円錐状の軸
９ 刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターホイールの刃先（刃先稜線）

Claims (2)

1. ホルダー本体と脆性材料をスクライブするカッターホイールと当該カッターホイールの軸心部を挿通する軸と当該軸を保持する軸受からなるチップホルダーであって、前記カッターホイールの両側に、回転可能になっている前記軸と係合する、前記ホルダー本体から各々が着脱自在な二つの前記軸受を有すると共に、前記ホルダー本体に、前記二つの軸受を突き当て位置決めできる平面を有し且つ前記カッターホイールの軸心部を挿通する軸方向に沿ったＶ溝を設けたことを特徴とするチップホルダー。
2. 前記カッターホイールの両側面に面する前記二つの軸受の端面の形状が、凸Ｒ、あるいは、前記カッターホイールに向かってテーパー形状になっている前記二つの軸受を有することを特徴とする請求項１に記載のチップホルダー。

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