【手続補正書】
【提出日】平成15年12月11日(2003.12.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】刃物ホルダーの加熱方法および焼ばめ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流を加熱コイルに流し、この加熱コイルからの誘導により刃物把持孔を有する刃物ホルダーに渦電流を誘起させて該刃物ホルダーをジュール熱により発熱させ、前記刃物把持孔に挿入把持されているボールエンドミル、スクエアエンドミル、ドリル、リーマなどの刃物の径より、該刃物把持孔を熱膨張拡径させて該刃物を抜き外せるようにしてなることを特徴とする刃物ホルダーの加熱方法。
【請求項２】高周波電流を略２メガヘルツに固定してなることを特徴とする請求項１記載の刃物ホルダーの加熱方法。
【請求項３】商用交流電源からの交流電流を直流電流に整流するための整流回路と、この整流回路からの直流電流を略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流に変換するための共振回路と、この共振回路から供給される前記略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流が流れて、刃物把持孔を有する刃物ホルダーに渦電流を誘起させて該刃物ホルダーをジュール熱により発熱させることにより、前記刃物把持孔を該刃物把持孔に挿入把持されているボールエンドミル、スクエアエンドミル、ドリル、リーマなどの刃物の径より熱膨張拡径させて該刃物を抜き外せるように加熱する加熱コイル部とからなることを特徴とする焼ばめ装置。
【請求項４】高周波電流を略２メガヘルツに固定してなることを特徴とする請求項３記載の焼ばめ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボールエンドミル、スクエアエンドミル、ドリル、リーマなどの刃物を熱収縮により把持する刃物ホルダーを加熱するための刃物ホルダーの加熱方法および焼ばめ装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の焼ばめ装置では加熱コイルに流す高周波電流は２０キロヘルツ〜５０キロヘルツ程度であり、刃物ホルダーの材質は熱膨張率の大きい部材であり、電流浸透深さが最も深い金属であるニッケルクロム部材＝ステンレス部材からなるものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そもそも、交流電流はその周波数によって、導体内の流れの性質が相違する表皮効果がある。
表皮効果は図４に示すように、周波数が高くなるほど電流の流れが表面側に集中してくるという性質で、周波数ごとの電流浸透深さは導体により相違し図５の表に示すようになっている。電流浸透深さΔｍｍは分布している電流のおよそ９０パーセントのエネルギーが含まれる表面からの距離である。
【０００４】
従来技術の高周波範囲である５０キロヘルツにおいてのニッケルクロム部材への電流浸透深さは２．２１ｍｍである。これは例えば、図６ないし図７に示す直径５ｍｍ、刃物保持孔７の直径３ｍｍ、肉厚１ｍｍの刃物ホルダー８のような、小径刃物を把持する小径肉薄刃物ホルダーにおいては、図７の上図に示すごとく刃物を装着するために刃物ホルダーを加熱する場合は刃物ホルダーは膨張し刃物把持孔７を熱膨張拡径して刃物９を装着できるが、装着された刃物を抜き外す場合には、その電流浸透深さが刃物ホルダーの肉厚１ｍｍを超える２．２１ｍｍであるので、図７下図ないし図６のごとく把持された刃物にまで渦電流が流れ刃物をも刃物ホルダーと同時に発熱させてしまう。そのため刃物が刃物ホルダーとともに熱膨張してしまい刃物が抜けないという不都合が生じる欠点があった。
【０００５】
５０キロヘルツの低い高周波を用いた焼ばめ装置においては、直径が２０ｍｍ、肉厚５ｍｍの刃物ホルダーの４００度Ｃへの加熱時間は４秒程度であるが、直径が６ｍｍ、肉厚１ｍｍの刃物ホルダーの加熱時間は２分以上かかるという、細いもの薄いものの加熱にはより大電力と加熱時間を要するという欠点を有するものであった。
これは、導体が細いために電力伝送がし難くいためで、電流の流れが少ないために発熱が遅くなるのである。従来技術においては、この問題を解消するために、加熱コイルの電力を数キロワットという規模にしており、部品の大型化、装置の大型化というコストパフォーマンスの悪い装置になるという欠点を有するものであった。
実際に、３０キロヘルツの高周波を用いた焼ばめ装置で現在最も小型と言われている装置は、入力電流２００Ｖ・１６Ａ、３１０×３９０×６４０ｍｍの大きさで、重量は５０キログラムというもので、周波数が低い高周波を使用するためどうしてもこのような大きさとならざるを得ないものである。
【０００６】
今日、金型を製作する場合には６万／ｍｉｎ回転以上の超高速回転で極細のドリルを回転させて、高精度に奥深くまで鏡面仕上げを不用とするような高精度加工する方法や、基盤を４枚重ねるなどの多層基盤の製作において、基盤にメッキ導体を施すための微細孔を４枚重ねた状態で貫き形成するために０．１ｍｍ以下の高速ドリルにて行う方法など、極細刃物による切削技術は益々重要な技術となっている。今日、このような極細のドリルを強力に把持し且つ抜き外しが確実に行える刃物ホルダーの開発提供が求められている。
【０００７】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、極細のドリルなどの刃物を把持する細い刃物把持ホルダーを刃物を把持した状態から刃物を抜き外せる状態に誘導加熱により効率よく加熱する焼ばめ装置を実現する刃物ホルダーの加熱方法および焼ばめ装置を提供することを目的にしている。
【０００８】
本発明の前記並びのそのほかの新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流を加熱コイルに流し、この加熱コイルからの誘導により刃物把持孔を有する刃物ホルダーに渦電流を誘起させて該刃物ホルダーをジュール熱により発熱させ、前記刃物把持孔に挿入把持されているボールエンドミル、スクエアエンドミル、ドリル、リーマなどの刃物の径より、該刃物把持孔を熱膨張拡径させて該刃物を抜き外せるようにしてなる刃物ホルダーの加熱方法を構成している。
【００１０】
また、本発明は商用交流電源からの交流電流を直流電流に整流するための整流回路と、この整流回路からの直流電流を略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流に変換するための共振回路と、この共振回路から供給される前記略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流が流れて、刃物把持孔を有する刃物ホルダーに渦電流を誘起させて該刃物ホルダーをジュール熱により発熱させることにより、前記刃物把持孔を該刃物把持孔に挿入把持されているボールエンドミル、スクエアエンドミル、ドリル、リーマなどの刃物の径より熱膨張拡径させて該刃物を抜き外せるように加熱する加熱コイル部とからなる焼ばめ装置を構成している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により、本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１ないし図３に示す本発明の実施の形態において、１は高周波誘導加熱装置である焼ばめ装置で、この焼ばめ装置１は、１００Ｖ、５０ヘルツの商用交流電源からの交流電流を直流電流に整流するための、トランスレスであるダイレクト型整流回路２と、このダイレクト型整流回路２からの直流電流を２メガヘルツの高周波電流に変換するための、トランジスタスイッチングと、コイルを兼ねた電圧降下型出力トランス３を構成要素とする共振回路４と、この共振回路４から供給される２メガヘルツの高周波電流により、刃物把持孔７を有する刃物ホルダー８に渦電流を誘起させて刃物ホルダー８をジュール熱により発熱させて刃物把持孔７を、該７に挿入され把持されている刃物９の径より熱膨張拡径させるための、電圧降下トランス３からの低電圧高周波電流が流れる加熱コイル部１０とからなっている。
共振周波数は周波数のわずかな変動はあるが略２メガヘルツに固定とし、共振周波数を手動により可変したり電圧や電流を手動により可変する手段を有していない。
負荷である刃物ホルダー８の負荷特性により電流値は変化するが、１２ｍｍのニッケルクロム製刃物ホルダーの加熱においては、１００Ｖ、５．１Ａ、５０ヘルツの商用電流がダイレクト整流回路２で１００Ｖの直流電流に整流され、共振回路４において２メガヘルツの高周波電流に変換されるとともに、８００Ｖ程度に昇圧された２ＭＨｚの高周波電流が電圧降下トランス３から２０Ｖ、２５Ａに電圧降下させられた２メガヘルツの高周波電流として加熱コイル部１０に供給される。
商用電源には三相２００Ｖを使用することもできることは言うまでもない。
【００１３】
図２ないし図３に示す直径５ｍｍ、刃物保持孔７の直径３ｍｍ、肉厚１ｍｍの刃物ホルダー８のような、小径・極細刃物を把持する小径肉薄刃物ホルダーにおいては、図３の上図に示すごとく刃物を装着するために刃物ホルダー８を加熱する場合は刃物ホルダー８は膨張し刃物把持孔７を熱膨拡径して刃物９を装着できるが、装着された刃物９を抜き外す場合には、その電流浸透深さが刃物ホルダーの肉厚１ｍｍより浅い０．３５ｍｍであるので、図３の下図ないし図２のごとく、電流は刃物ホルダー８のみに流れて刃物９には流れない。したがって、刃物９に熱が十分に伝わる前に引き抜くなら熱膨張拡径した刃物把持孔７から確実に抜き取ることができる。
この点で、刃物ホルダーの材質や肉厚や部屋の温度などを勘案した最適な所定加熱時間を見出し、所定加熱時間に達したら刃物９を刃物ホルダー８から自動的に抜き取る刃物抜取手段を設けるのがよい。
この刃物抜取手段は、刃物９と刃物ホルダー８を夫々把持したり螺合するなどして固定する刃物固定手段とホルダー固定手段を有し、その刃物固定手段とホルダー固定手段は真っ直ぐに移動できるように制御されている。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
【００１５】
（１）略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツの高周波電流を加熱コイルに流し、この加熱コイルからの誘導により刃物ホルダーを加熱するものであるので、２メガヘルツという高周波電流そのものが発熱効率が高いとともに、２メガヘルツのニッケルクロム部材の電流浸透深さが０．３５ｍｍと極めて浅いことから、肉厚が０．５ｍｍ程度の肉薄の刃物ホルダーであっても、把持された刃物を加熱することなく刃物ホルダーのみを効率よく加熱膨張させて刃物把持孔を拡径させ、刃物を抜き外すことが確実に行える装置、すなわち極細の刃物を把持する細い刃物ホルダーを実用可能とする誘導加熱による焼ばめ装置を実現する。
【００１６】
（２）前記（１）によって、略１．８メガヘルツ〜略３メガヘルツという高い高周波を使用することで電力量を小さくでき、部品の小型化と装置の著しい小型化を実現し、コスト面でも安価な装置を実現する。
例えば、入力電流１００Ｖ、５．１Ａ、５０ヘルツの商用交流電流をダイレクト整流回路で直流に整流し、トランジスタスイッチングによる共振回路で２メガヘルツの高周波しに、８００Ｖに昇圧された２メガヘルツの高周波電流を２０Ｖ、２５Ａに降下させて加熱コイルに供給する焼ばめ装置の試作器においては、幅２１０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、奥行き２８０ｍｍ、重さ５キログラムという、従来技術のものと比べて容積で１／９、重さで１／１０という誰でも容易に持ち運びができる小型化、コストパフォーマンスを実現している。
当然発熱量も小さくなるので、内部回路での電力損失が少ない、電力損失が少ないので発熱も少なくなり冷却装置を小型で安価なものにできる。
【００１７】
（３）前記（１）、（２）よって、１．８メガヘルツ〜３メガヘルツの周波数帯域は、低いほうはラジオ周波数などの公共電波の領域に入らない帯域であり、３メガヘルツ以下であるなら表皮効果による漏洩電波が少ない帯域であり、漏洩電波やノイズの発生があってもトラブルが起き難い周波数帯域である。特に２メガヘルツあたりが最も良好な周波数帯域であり、この２ＭＨｚあたりに共振周波数に固定した高周波誘導による焼ばめ装置が効果的且つ実用的である。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の焼ばめ装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態の焼ばめ装置により２メガヘルツの高周波で加熱された刃物ホルダーの加熱部分の電流分布状態図。
【図３】本発明の実施の形態の焼ばめ装置により２メガヘルツの高周波電流の刃物未装着時と刃物装着時の電流分布状態図。
【図４】誘起された加熱周波数による電流の性質である表皮効果のイメージ図。
【図５】誘起された加熱周波数による電流の性質である表皮効果の電流浸透深さを導体別、周波数別に示した表。
【図６】従来技術の焼ばめ装置により５０キロヘルツの高周波電流で加熱された刃物ホルダーの加熱部分の電流分布状態図。
【図７】従来技術の焼ばめ装置により５０キロヘルツの高周波電流の刃物未装着時と刃物装着時の電流分布状態図。
【符号の説明】
１：焼ばめ装置、                        ２：ダイレクト型整流回路、
３：電圧降下型出力トランス、            ４：共振回路、
７：刃物把持孔、                        ８：刃物ホルダー、
９：刃物、                              １０：加熱コイル部。