JP2001205533A - 異形加工物の固定装置および異形加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉および曲面の被削物の加工時に使用され
る異形加工物の固定装置において、不定形で複雑な形状
の加工物を特別な支持具等を用いないで固定し、加工を
容易にすることを目的とする。 【解決手段】 加工物固定部２の槽内部へ上下支持部７
と水平方向支持部８によって所定位置に加工物を支持す
る。そこへ十分に水を吸収した吸水性ポリマー等の流動
状の固定材９を流し込み、融点温度以下にし固形化する
ことで被削物を固定する。そして工作機械で所要の形状
に加工し、加工物を取り出すときは加熱して流動する水
に戻すことで、簡易に短時間で経済的に不定形で複雑な
形状の加工物を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、不定形で薄肉形状
物の切削加工を行う場合の被加工物の保持固定装置およ
び加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】工業製品を市場へ提供するまでの重要な
段階の一つとして、機能、性能および安全性が設計仕様
を充足しているかどうかの検討確認がある。また、視覚
的な満足度の要求が高くなり、複雑な曲面をもつ製品が
多く外観の確認も重要なことである。このために、まず
実物大の模型を作るものであるが、コンピュータによる
３次元ＣＡＤでの設計が一般的であることからこのデー
タを利用して、ＵＶ樹脂利用の光造形、紙切断積層、溶
融樹脂粒のジェット噴射等の加工方法や、３次元ＣＡＤ
／ＣＡＭによるＮＣデータを作成し、直接所定の材料を
切削する方法によって形状・構造を製作し確認してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の加工
方法による形状確認の模型づくりでは、紙切断積層や溶
融樹脂粒のジェット噴射による方法は余分な部分を取り
除く仕上げ作業を必要とし、所要加工時間が大きいこと
と設計仕様による材質で作るのは困難で近似的な材料を
使用することになり、剛性等の強度や３次元形状表面の
質感の確認は完全なものでないという課題があり、設計
仕様の指定通りの材質および寸法で実物大の模型を経済
的に作ることが要求されている。

【０００４】また、直接所定の材料を短時間に切削する
場合、薄肉加工物では刃物の加工反力で被加工物が逃げ
ることで加工精度の確保が困難であり、通常は被加工物
の片面を所要の形状に加工し、さらに、その反対形状の
ものを加工し、それぞれを重ね合わせて、刃物の反力を
支えるという方法をとるが、加工に長時間を要し、やは
り加工精度が低いという課題があり、確実な被加工物の
保持固定ができる装置と方法を実現することが要求され
ている。

【０００５】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、複雑な曲面や薄肉の加工を容易にできる
被加工物の固定装置および加工方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の異形加工物の固
定装置は上記目的を達成するために、開口した槽状の加
工物固定部と、加工物固定部を加熱または冷却する温度
調節部と、加工物固定部内の所要位置へ被加工物を支持
する加工物支持部を設け、温度変化により流動体から固
形体に可逆的に変化する物質を固定材として加工物固定
部へ注入する構成としたものである。

【０００７】本発明によれば、加工物固定部内に支持し
た被加工物と加工物固定部との間に充填した流動性の固
定材を固形化して加工物を固定することで、複雑な曲面
や薄肉の加工を容易にできる被加工物の固定装置が得ら
れる。

【０００８】また他の手段は、被加工物を加工物支持部
で所要位置に支持し、被加工面を露出してその他の部分
を覆うように被加工物と加工物支持部との間に流動体の
固定材を注入し、その後、温度調節部によって加工物固
定部を冷却して固定材を固形化し被加工物を固定する。
そして加工後は加工物固定部を加熱し固定材を流動化し
被加工物を取り外す異形加工物の加工方法としたもので
ある。

【０００９】本発明によれば、加工物固定部と加工物の
間に流動性の固定材を充填することで、加工物の全体に
固定材が密着固形化して複雑な形状の加工物でも加工物
固定部に固定することで加工が容易にできる。

【００１０】また他の手段は、被加工物の一部分に第１
の凹部を加工し、第１の凹部に前記被加工物より低い融
点の固定材を充填し、融点より低温に冷却して固定材を
固形化させ、保冷した状態で第１の凹部に隣接する第２
の凹部を切削加工する異形加工物の加工方法としたもの
である。

【００１１】本発明によれば、不定形の異形部に固定材
が密着保持することで薄肉の削り出し加工が容易にでき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、温度調節部により加熱
または冷却される加工物固定部の所要位置へ被加工物を
支持する加工物支持部を設け、温度変化により流動体か
ら固形体に可逆的に変化する物質を固定材として加工物
固定部へ注入するようにしたものであり、加工物固定部
内に支持した加工物と加工物固定部との間に充填した流
動性の固定材を冷却し固形化することにより不定形で複
雑な曲面や凹凸面の加工物が固定されるという作用を有
する。

【００１３】また、被加工物を加工物支持部で所要位置
に支持し、被加工面を露出してその他の部分を覆うよう
に被加工物と加工物支持部との間に流動体の固定材を注
入し、その後、温度調節部によって加工物固定部を冷却
して固定材を固形化し被加工物を固定する。そして加工
後は加工物固定部を加熱し固定材を流動化し被加工物を
取り外す異形加工物の加工方法としたものであり、加工
物固定部と加工物の間に充填され被加工物の全体に密着
した流動性の固定材が、冷却することで固形化して複雑
な形状の被加工物でも加工物固定部に固定するという作
用を有する。

【００１４】また、冷却し固形化した固定材で被加工物
を固定した加工物固定部を工作機械のテーブル上に固定
し、冷却を維持しながら加工する異形加工物の加工方法
としたものであり、必要とする加工に適した工作機械の
テーブルに加工物固定部を適合させることにより、長時
間にわたり、いかなる異形のいかなる加工においても被
加工物が工作機械へ確実に固定されるという作用を有す
る。

【００１５】また、加工物固定部の全周は所定空間を設
けた２重槽とし、所定空間に冷風あるいは熱風を送風す
る送風口を備えたものであり、冷風あるいは熱風の温度
および送風量を調節することで固定材の性質や容量に合
わせた適切な固定・溶解がされるという作用を有する。

【００１６】また、被加工物の一部分に第１の凹部を加
工し、この第１の凹部に被加工物より低い融点の固定材
を充填し、融点より低温に冷却することで固定材を固形
化させ、保冷した状態で隣接する第２の凹部を切削加工
する異形加工物の加工方法としたものであり、固定され
た被加工物の加工進行箇所を随時に固定補強するという
作用を有する 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

【００１７】

【実施例】（実施例１）図１ないし図６に示すように、
固定装置１は、上方が開口した槽状の加工物固定部２
と、所定の空間部３を介して加工物固定部２の外周を取
り囲む固定部外槽４を主要構成としている。加工物固定
部２は適当な熱伝導性と氷点下から水の沸点までの温度
差および機械的な強度を有する鋼板で形成し、耐食性表
面処理を施している。固定部外槽４は上記の温度変化に
耐える断熱処理を施した鋼板で形成する。空間部３は閉
鎖され送気口５および循環口６によって冷・熱発生装置
（温度調節部）に連通する。加工物固定部２の内部には
底部に直立する柱状の上下支持部７と側壁に突き出して
いる水平方向支持部８がそれぞれ複数箇所に設けられて
いる。

【００１８】上記構成において、プラスチック成形によ
る送風機用回転羽根の実寸模型１０を指定材質であるＡ
Ｓ樹脂のブロックＭから削り出すものとする。ＡＳ樹脂
のブロックＭはその硬度により、工作機械の固定用バイ
ス（図示せず）に直接固定が可能で、まず回転羽根の一
面をエンドミルＤによって複雑な３次元曲面を削り出
す。次に、削り出したブロックＭは先に加工した曲面を
下向きにし、加工物固定部２の内部の所定位置に上下支
持部７と水平方向支持部８によって支持固定する。この
とき被加工物が軽量小型の場合は図６のように水平方向
支持部８による支持固定のみで十分である。そしてＡＳ
樹脂の融点より低い融点の水を十分に吸収した吸水性ポ
リマー等の固定材９を融点以上にして加工物固定部２の
内部に注入し、ブロックＭの側面を囲むところまで充填
することで切削加工された複雑な３次元曲面にも流動状
の物質が入り込み密接する。送気口５から空間部３へ冷
風を送風して融点温度以下に冷却し固定材９を固形化し
被加工物であるブロックＭを固定する。この場合、十分
に吸水した吸水性ポリマーが冷却で固形化するときの体
積膨張の影響を考慮した固定材９の充填量とする。そし
て固定装置１を工作機械に固定してブロックＭの反対面
を所定の形状に切削し、加工完了で空間部３へ熱風を送
風して固定材９を解凍し、薄く自由曲面状に精度よく加
工された所要形状の実寸模型１０が取り出されることと
なる。切削加工が長時間にわたる場合には、送気口５お
よび循環口６と冷・熱発生装置をフレキシブルチューブ
で連通し冷風を送風するとよい。被加工物の材質とし
て、ＡＢＳ、ＰＰ、ＡＳなどの樹脂材料や、アルミニウ
ム、銅、鉄などの金属材料も可能である。固定材は一般
に水の他にパラフイン、ホットメルト、でんぷん等が汎
用であるが加工物の規模、材質、表面の凹凸の粗さおよ
び切削工具の種類、切削熱の発生度合等の条件を勘案し
て選択するものである。

【００１９】なお、加工物固定部２の規模によっては空
間部３への冷・熱送風をする代わりにドライアイスおよ
び熱湯を用いてもよく、装置の簡易化が図れる。また、
冷却に電子冷却装置を用いてもよい。

【００２０】（実施例２）図７ないし図９に示すもの
は、薄肉のリブ１１を形成する切削加工の方法である。
硬質プラスチックのブロックＭの左半分をエンドミルＤ
による切削加工で掘り込む。そして掘り込まれた第１の
凹部１２に、含水した高吸水性ポリマー、水、あるいは
植物性高分子炭化物である糊状のでんぷん等の冷却をす
ると固形化する流動物質の固定材９を充填し、これを冷
却して流動状の固定材９を固形化する。次に固定材９で
埋立てられた凹部１２に３ｍｍまで隣接して第２の凹部
１３を切削加工する。このときエンドミルＤの切削反力
が凹部１２側へ加わるが、凹部１２は充填されている固
定材９が固形化し受け止めるから反力による変形破壊は
起こらない。そしてブロックＭを暖めることで固定材９
を解凍し除去されると３ｍｍ厚の薄肉のリブが現れるも
のである。このように都度特別な詰め具や支持具を用意
する必要がなく薄肉厚の切削加工成形が可能となる。

【００２１】（実施例３）図１０は固定材９に発泡成形
物１４を混合して使用する加工方法を示す。発泡成形物
１４の材質としては、発泡スチロール樹脂、発泡ポリス
チレン樹脂および独立気泡のスポンジ等を球形にしたも
の、あるいは軟質ビニル樹脂やゴムの中空ボールに空気
等の気体をいれたものを用いる。また、固定材９を撹拌
することにより気泡を含ませる。いずれの場合も固定材
としての液体に水単体は不適で、発泡成形物１４や混入
した気泡が浮き上がらない程度の粘性が必要である。そ
して発泡成形物１４や気泡の大きさと混入割合は、被加
工物１５の大きさや形状ならびに材料の強度により適宜
選定する。水分を主体とする液体が冷凍されると膨張す
るから、被加工物１５の材質または構造が脆弱な場合、
この膨張圧による変形の恐れがある。また、被加工物１
５が大型であると固定材９も大量に使用することから凍
結時の膨張量も大きく、加工物固定部２の破損も考えら
れるが、本実施例によると膨張圧で発泡スチロール樹脂
等や気泡が圧縮されるから固定材全体の膨張を吸収で
き、加工物固定部２および被加工物１５の変形や破損を
防止できる。

【００２２】（実施例４）図１１に示すものは、液状の
固定材９を所要大の角氷に冷却したものを加工物固定部
２へ充填、再冷却して被加工物１５を固定する方法であ
る。角氷は面接触もあるがずれたり、角同士や角と面と
の点接触などが不規則に混在することで多数の間隙がで
き角氷同士の接触面は小さくなる。また、固定材９は充
填時点で氷であるから既に膨張は進んでおり、再冷却に
よる微小な膨張力は小さな接触面が潰れることでほとん
ど吸収され、被加工物１５および加工物固定部２の変形
や破損を防ぐことができる。そして角氷の大きさは、被
加工物１５の大きさや形状ならびに材料の強度により適
宜選定する。

【００２３】なお、角氷に代えて砕氷を用いても同様の
作用が得られる。

【００２４】（実施例５）図１２に示すものは、切削加
工中の切削工具であるエンドミルＤに冷風Ｃを送り、切
削熱で被加工物１５Ａの裏面が加熱され固定材９が解凍
されることで固定力が弱くなるのを防止する方法であ
る。

【００２５】（実施例６）図１３に示すものは側壁を可
動とし内槽を設けた加工物固定部で、固定装置１６は、
固定底部１７の四方を可動側壁１８で囲み構成する加工
物固定部１９と、可動側壁１８をねじで可動自在に支持
する固定部外槽２０を主要構成とし、そのほかの構成要
素は実施例１と同様としたものである。すなわち、可動
側壁１８は固定部外槽２０にねじ構造で装着される複数
のロッド２１のハンドル２２を回すことで前後に駆動さ
れる。内槽２３はゴム等の弾性体により加工物固定部１
９の内側に対応する形状と寸法に成形される。加工物固
定部１９に装着された内槽２３は四方から変形しない程
度に、ロッド２１に係着したばね２４により可動側壁１
８を押し付けられる。

【００２６】この構成により、内槽２３に被加工物１５
を上下支持部７と水平方向支持部８によって保持し、固
定材９を液体状態で流し込む。続いて送気口５から冷却
風を送風して冷却し冷凍する。このとき液体が冷凍され
て膨張するが、内槽２３はゴム等の弾性体であり、四方
から囲んでいる可動側壁１８は変形しない程度にばね２
４により押し付けられているものであるから、膨張分は
可動側壁１８を押し退ける。そして固定材９と被加工物
１５が冷凍固化するとロッド２１で可動側壁１８を締め
付けて、固定材９と被加工物１５を加工物固定部１９に
固定するものである。液体が冷凍されるときの膨張力が
逃がされるから、被加工物１５や加工物固定部１９に悪
影響を及ぼすことはない。本実施例は被加工物が大型で
かつ切削抵抗の大きい場合に適する。

【００２７】（実施例７）図１４に示すものは実施例６
に示される四方の可動側壁１８を複数の支持ロッド２５
とばね２６を固定部外槽２７で槽状に保持する加工物固
定部２８である。ばね２６の圧力は液体が冷凍されると
きの膨張力を吸収しながら可動側壁１８を槽状に保持
し、液状の固定材９が冷凍するまでの間に可動側壁１８
の接触部からの液体漏れを防止するため内槽２３を用い
る。本実施例は被加工物が比較的小型でかつ切削抵抗の
小なる場合に簡便に使用できる。

【００２８】また、図1５に示すものは実施例１に示さ
れる加工物固定部２の底部を分離して可動底部２９と
し、底部を除き固定部外槽４に固着した加工物固定部３
０の内側を上下に摺動するように複数のばね３１で保持
し、固定材９の凍結時の膨張分を吸収するものである。

【００２９】（実施例８）図１６に示すものは槽状の加
工物固定部と同等の形状寸法とした容器３２の底部内に
加工面を下にして被加工物１５を置き、その上に固定材
９を充填し、被加工物１５側から冷却し、被加工物１５
と固定材９が一体固化後に容器３２から取外し、被加工
物１５が上面となるよう実施例１または６に示される加
工物固定部２または１９へ装着固定し加工する方法であ
る。このとき加工物固定部１９に装着してある上下支持
部７と水平方向支持部８および内槽２３は前もって取り
外しておくものである。また、実施例１の加工物固定部
２に固定する場合には、前もって凍結した被加工物と固
定材の一体同化物と加工物固定部２内面との間に液状の
固定材を充填し、再冷却することで固定を確実にするこ
とができる。

【００３０】本加工方法によると被加工物１５側から凍
結して行くから凍結時の膨張は、順次上の方へ逃がされ
被加工物１５に膨張圧力が加わることはない。

【００３１】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、加工物と加工物固定部との間に流動性の固定
材を充填し、低温で固形化して加工物を固定すること
で、不定形で複雑な曲面や薄肉の一体形の削り出し製品
の加工を容易にできるから、工業製品の市場に対する機
能・性能のほか安全性等を企画段階において、速く且つ
経済的に確実に確認し保証することで社会に貢献できる
効果のある異形加工物の固定装置が得られる。

【００３２】また、市場が必要とする量産製品と同等の
材質および成形が一般の工作機械で簡易に単品製作でき
ることで、工業製品の性能と安全性の検討水準の向上を
加速する効果のある異形加工物の固定方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の固定装置を示す縦断面図

【図２】同加工物の片面加工状態を示す縦断面図

【図３】同加工物と固定装置の固定材による固定状態の
縦断面図

【図４】同固定装置に固定した加工物の加工状態の縦断
面図

【図５】同加工物の加工済み形状の側断面図

【図６】同他の固定状態の縦断面図

【図７】本発明の実施例２の第１凹部加工状態縦断面図

【図８】同第１凹部固定材充填状態縦断面図

【図９】同第２凹部加工状態縦断面図

【図１０】本発明の実施例３の発泡成形物を混入した固
定材状態図

【図１１】本発明の実施例４の塊状固定材を用いた状態
図

【図１２】本発明の実施例５の加工工具を冷却する状態
図

【図１３】本発明の実施例６の内槽を設けた加工物固定
部を示す縦断面図

【図１４】本発明の実施例７の側壁が可動の加工物固定
部を示す縦断面図

【図１５】同底部が可動の加工物固定部を示す縦断面図

【図１６】本発明の実施例８の被加工物と固定材を予備
凍結する加工方法の図

【符号の説明】

１、１６ 固定装置 ２、１９、２８、３０ 加工物固定部 ３ 空間部 ４、２０、２７ 固定部外槽 ５ 送気口 ６ 循環口 ７ 上下支持部 ８ 水平方向支持部 ９ 固定材 １０ 実寸模型 １１ リブ １２ 第１の凹部 １３ 第２の凹部 １４ 発泡成形物 １５ 被加工物 １７ 固定底部 １８ 可動側壁 ２１ ロッド ２２ ハンドル ２３ 内槽 ２４、２６、３１ ばね ２５ 支持ロッド ２９ 可動底部 ３２ 容器

フロントページの続き (72)発明者 波多野 和彦 大阪府大阪市城東区今福西６丁目２番61号 松下精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3C016 DA15

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口した槽状の加工物固定部と、前記加
   工物固定部を加熱または冷却する温度調節部と、前記加
   工物固定部内の所要位置へ被加工物を支持する加工物支
   持部を設け、温度変化により流動体から固形体に可逆的
   に変化する物質を固定材として前記加工物固定部へ注入
   する異形加工物の固定装置。
2. 【請求項２】 被加工物を加工物支持部で所要位置に支
   持し、被加工面を露出してその他の部分を覆うように、
   前記被加工物と前記加工物支持部との間に流動体の固定
   材を注入し、その後、温度調節部によって前記加工物固
   定部を冷却して前記固定材を固形化し前記被加工物を固
   定する。そして加工後は前記加工物固定部を加熱し前記
   固定材を流動化し前記被加工物を取り外す異形加工物の
   加工方法。
3. 【請求項３】 固定材は高吸水性ポリマーとする請求項
   １記載の異形加工物の固定装置。
4. 【請求項４】 固定材は水とする請求項１記載の異形加
   工物の固定装置。
5. 【請求項５】 固定材はパラフィン系炭化水素とする請
   求項１記載の異形加工物の固定装置。
6. 【請求項６】 固定材は熱可塑性プラスチックとする請
   求項１記載の異形加工物の固定装置。
7. 【請求項７】 固定材は植物性高分子炭化物とする請求
   項１記載の異形加工物の固定装置。
8. 【請求項８】 被加工物と、この被加工物より低い融点
   の固定材の入った槽状の加工物固定部を前記融点以下に
   冷却し、前記固定材を固形化することで前記被加工物を
   前記加工物固定部に固定した後、前記加工物固定部を工
   作機械のテーブル上に固定し、冷却を維持しながら加工
   する異形加工物の加工方法。
9. 【請求項９】 加工物固定部の全周は所定空間を設けた
   ２重槽とし、前記所定空間に冷風あるいは熱風を送風す
   る送風口を備えた請求項１記載の異形加工物の固定装
   置。
10. 【請求項１０】 被加工物の一部分に第１の凹部を加工
    し、前記第１の凹部に前記被加工物より低い融点の固定
    材を充填し、前記融点より低温に冷却することで前記固
    定材を固形化させ、保冷した状態で前記第１の凹部に隣
    接する第２の凹部を切削加工する異形加工物の加工方
    法。
11. 【請求項１１】 固定材は冷却固形化するときの膨張を
    吸収するために体積膨張割合分の発泡成形物を混入した
    請求項２記載の異形加工物の加工方法。
12. 【請求項１２】 固定材は冷却固形化する前に、所要量
    の気泡を混入する請求項２記載の異形加工物の加工方
    法。
13. 【請求項１３】 固定材は流動体を予備冷却により所要
    大の塊とした請求項２記載の異形加工物の加工方法。
14. 【請求項１４】 加工物固定部に固定された被加工物を
    加工中の工具に冷風を送風する請求項２記載の異形加工
    物の加工方法。
15. 【請求項１５】 槽状の加工物固定部は側壁の少なくと
    も二辺を前後に移動するようばね圧および締付部材によ
    って保持される可動壁とし、ゴム等の弾性体により成形
    された内槽を加工物固定部内に装着した請求項１記載の
    異形加工物の固定装置。
16. 【請求項１６】 槽状の加工物固定部の側壁は少なくと
    も二辺をばね圧によって保持する請求項１記載の異形加
    工物の固定装置。
17. 【請求項１７】 槽状の加工物固定部の底面部をばね圧
    によって保持する請求項１記載の異形加工物の固定装
    置。
18. 【請求項１８】 槽状の加工物固定部と同等の形状寸法
    とした容器の底部内に加工面を下にして被加工物を置
    き、その上に固定材を充填し、被加工物側から冷却し、
    被加工物と固定材を一体凍結後に容器から取外し加工物
    固定部へ装着固定し加工する請求項１または１５記載の
    固定装置を用いた異形加工物の加工方法。