JP2006095618A - 加工機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの材質に合わせて、最も効率的な加工を実現することのできる加工機械を提供すること。
【解決手段】ワークの加工を行う加工機械において、ワークを加熱する加熱手段とワークを冷却する冷却手段の少なくともどちらか一方を備える。例えば、ワークを加熱および冷却する加熱・冷却手段８は、ワーク保持手段３に内蔵されたペルチェ素子８１５を含む発熱・吸熱回路８１によって構成される。ペルチェ素子８１５に直流電流を流して発熱現象および吸熱現象を生じさせ、これにより、ワークを加熱および冷却する。さらに、発熱・吸熱回路８１から発生する余分な発熱作用および吸熱作用を緩和するために、放熱手段９を備える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、加工機械に関する。例えば、ワークに対して、切削、研削、穴あけ等の加工を行う加工機械に関する。

従来、工具を用いてワークの加工を行う加工機械としては、ワークを保持するワーク保持手段と、工具を保持する工具保持手段と、ワーク保持手段および工具保持手段を相対移動させる相対移動手段とを備えた加工機械が知られている。
このような加工機械を用いてワークを加工するには、まず、ワークをワーク保持手段に固定し、その加工に適した工具を工具保持手段に取付ける。次に、工具を高速回転させながら、相対移動手段によってワーク保持手段と工具保持手段とを相対移動させる。このようにして、ワークを加工機械で加工することができる。

しかし、ワークの硬度や常温での状態など、ワークの材質によって加工しにくい場合がある。例えば、鋼のように硬度が高い場合では、加工時の発熱によって、工具の切削性能が低下するなどの問題がある。また、冷凍食品のように常温で融解する場合では、融解するとワークが弾性を持ち正確な加工ができないことや、ワークの質の低下などが考えられ、また、迅速な加工が要求されるため丁寧な加工ができないという課題がある。
このため、従来の加工機械では、ワークが高硬度である場合に、工具に冷却剤を噴射させながら加工を行い工具の硬度低下を防止する方法や、加工時に発生した熱を熱電気変換素子によって吸収する方法（特許文献１参照）、また、ワークが常温で状態変化を伴う材質である場合に、作業室の室温を下げることよってワークの状態を維持する方法などの工夫が採られている。

特開２０００−２８８８６８号公報

しかし、工具に冷却剤を噴射しながら加工を行う方法や、特許文献１に記載の方法は、工具の切削性能を保つために工具またはワークを局部的に冷却させるものであるため、ワークの材質による加工困難性は依然として解決されていない。
特に、工具に冷却剤を噴射しながら加工を行う方法では、冷却剤が作業者の身体に噴射される危険性や、冷却剤によって作業部分の視界が悪くなるなどの加工作業の支障、さらに冷却剤を循環使用するための設備費等がかかるなどの問題がある。また、作業室の室温を下げる方法では、冷房装置など設備が大型化し、かつ、低温の中での作業となるので、加工作業以外のエネルギーや手間が必要となる。

本発明の目的は、ワークの材質に合わせて、最も効率的な加工を実現することのできる加工機械を提供することである。

本発明の加工機械は、ワークを保持するワーク保持手段と、ワークを加工する工具を保持する工具保持手段と、ワーク保持手段および工具保持手段を相対移動させる相対移動手段とを有し、ワークを加熱する加熱手段およびワークを冷却する冷却手段の少なくともどちらか一方を備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、加熱手段（冷却手段）によって、ワークの材質に合わせてワークを加熱（冷却）し、ワークの硬度を工具によって加工しやすい程度まで変化させることができる。よってワークの加工がしやすくなる。また、加熱手段（冷却手段）によってワークの温度を維持し、ワークの状態変化を抑えることができるので、ワークの品質を低下させることなく加工でき、かつ、加工作業が受ける時間の制約を軽減することができる。これらにより、加工機械は、ワークの材質に合わせて最も効率的な加工を実現することができる。

本発明の加工機械は、加熱手段を備え、加熱手段は、ワーク保持手段に内蔵され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電気熱変換手段によって構成されていることが好ましい。

このような構成によれば、ワーク保持手段に内蔵された電気熱変換手段が、電気エネルギーを熱エネルギーに変換し、この熱エネルギーによってワーク保持手段を加熱する。さらに、加熱されたワーク保持手段とワークとの接触面における熱伝達によってワークが加熱される。この熱伝達による加熱方法は、ワーク保持手段の外部からワークを加熱するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。さらに、これより工具は加熱されにくいので、熱による工具の切削性能の低下を少なくできる。

本発明の加工機械は、加熱手段を備え、加熱手段は、ワーク保持手段に内蔵された磁場発生手段によって構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、ＩＨ加熱（電磁誘導加熱）により、ワークを加熱することができる。つまり、磁場発生手段によって磁場を発生させると、ワークが磁性体である場合、この磁場によってワーク内部に渦電流が発生し、渦電流のジュール熱によってワークが加熱される。
磁場発生手段から発生される磁場によってワークを加熱するので、ワーク保持手段が非磁性体の場合、ワーク保持手段が加熱されることはない。また、磁場の大きさを調節することによって、工具が加熱されにくい状態にすることができる。これより、作業を円滑、安全に行うことができ、さらに、熱による工具の変形を少なくできる。

本発明の加工機械は、冷却手段を備え、冷却手段は、ワーク保持手段に形成された冷媒収納空間と、冷媒収納空間に収納された冷却用媒体とによって構成されていることが好ましい。冷却用媒体としては、例えば、ドライアイスや液体窒素等を用いることができる。

このような構成によれば、冷却用媒体を収納した冷媒収納空間がワーク保持手段に内蔵されているから、冷媒収納空間によってワーク保持手段が冷却され、冷却されたワーク保持手段とワークとの接触面における熱伝達によってワークが冷却される。この熱伝達による冷却方法は、ワーク保持手段の外部からワークを冷却するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。さらに、これにより工具は冷却されにくいので、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。また、冷却手段が比較的単純な構造であるため、加工機械の構造の簡素化を図ることができ、かつ、故障発生率を抑えることができる。また、冷媒手段がドライアイスや液体窒素等を冷却源としているから、電力などのエネルギー源を必要としない。

本発明の加工機械は、冷却手段を備え、冷却手段は、ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む回路によって構成されていることが好ましい。

ペルチェ素子は、種類の異なるペルチェ素子を接続し直流電流を流すと、接続部分の一端側で発熱作用が生じ他端側で吸熱作用が生じる。
よって、このような構成によれば、異なるペルチェ素子を接続したものを有する回路に直流電流を流すことによって、ペルチェ素子の接続部の一端側、他端側にそれぞれ発熱作用と吸熱作用を生じさせ、このペルチェ素子の吸熱作用によってワーク保持手段を冷却することができる。そして、冷却されたワーク保持手段とワークの接触面における熱伝達によって、ワークを冷却することができる。
熱伝達によってワークを冷却することから、ワーク保持手段の外部からワークを冷却するのに比べ作業を円滑、安全に行うことができる。さらに、これにより工具は冷却されにくいので、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。

本発明の加工機械は、加熱手段と冷却手段とを備え、加熱手段および冷却手段は、ワーク保持手段に形成された流体収納空間と、流体収納空間に収納される温調流体と、温調流体を流体収納空間に通して循環させる流体移動手段と、流体移動手段の途中に設けられ、温調流体を加熱および冷却する熱変換手段とによって構成されていることが好ましい。

このような構成によれば、熱変換手段によって温度調整された温調流体を、ワーク保持手段に内蔵された流体収納空間に通過させることによって、温調流体が流体収納空間の内壁、さらに、ワーク保持手段を加熱および冷却する。加熱および冷却されたワーク保持手段とワークの接触面における熱伝達によって、ワークを温度調節することができる。温調流体は、流体移動手段によって熱変換手段と流体収納空間の間を循環され、温調流体の温度は適切な温度で一定に維持される。

これにより、加熱手段および冷却手段の役割を温調流体の温度調整によって果たすことができ、ワークの加熱および冷却の両方を行うことができる。また、熱伝達によってワークの温度調整を行うことから、ワーク保持手段の外部からワークを加熱および冷却するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。さらに、これにより工具は加熱および冷却されにくいので、熱による工具の切削性能の低下や、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。また、温調流体を循環させることから、加熱手段および冷却手段に、頻繁に交換しなければならない部材がないので、加工作業以外の手間を省くことができる。

本発明の加工機械は、加熱手段と冷却手段を備え、加熱手段および冷却手段は、ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む発熱・吸熱回路によって構成されているが好ましい。

ペルチェ素子は、種類の異なるペルチェ素子を接続し直流電流を流すと、接続部分の一端側で発熱作用が生じ他端側で吸熱作用が生じる。つまり、異なるペルチェ素子を接続したものを有する発熱・吸熱回路に直流電流を流すことによって、ペルチェ素子の接続部の一端側、他端側にそれぞれ発熱現象と吸熱現象を生じさせる。
よって、このような構成によれば、ワークを加熱する場合は、このペルチェ素子の発熱現象によってワーク保持手段を加熱することができ、ワークを冷却する場合は、このペルチェ素子の吸熱現象によってワーク保持手段を冷却することができる。加熱および冷却されたワーク保持手段とワークの接触面における熱伝達によって、ワークを温度調整することができる。

これにより、加熱手段および冷却手段の役割をペルチェ素子の加熱および吸熱現象によって果たすことができ、ワークの加熱および冷却の両方を行うことができる。熱伝達によってワークを温度調整することから、ワーク保持手段の外部からワークを加熱および冷却するのに比べ作業を円滑、安全に行うことができ、さらに、工具は加熱および冷却されにくいので、熱による工具の切削性能の低下や、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。また、ペルチェ素子を流れる直流電流の向きを変えることによって、ペルチェ素子の発熱作用および吸熱作用が生じる位置が切り替わるので、ワークの加熱および冷却を瞬時に切り替えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。各実施形態の説明にあたって、同一構成については、同一符号を配し、その説明を省略する。
＜第１実施形態＞
図１に、第１実施形態の加工機械の斜視図、図２に、第１実施形態のワーク保持手段の模式断面図を示す。
第１実施形態の加工機械は、工具とワークを相対移動させながら、ワークを工具によって加工する機械であって、図１のように、工具とワークの相対移動を行う相対移動手段１と、工具を保持する工具保持手段２と、上面にワークを保持するワーク保持手段３と、ワーク保持手段３に内蔵されワークを加熱する加熱手段４と、相対移動手段１および工具保持手段２の駆動を制御する制御手段（図示省略）とを備える。

相対移動手段１は、ワーク保持手段３に対して、可動部材であるＺ軸スライダ１３２を互いに直交する三軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向）へ移動させる３つの軸駆動機構を備えて構成されている。つまり、相対移動手段１は、Ｙ軸駆動機構１２、Ｘ軸駆動機構１１、および、Ｚ軸駆動機構１３を備えて構成されている。

Ｙ軸駆動機構１２は、前後方向に沿って配置された左右一対のガイドレール１２１と、このガイドレール１２１間に掛け渡されたＹ軸ビーム１２２と、このＹ軸ビーム１２２をガイドレール１２１に沿って前後方向（Ｙ軸方向）へ移動させるリニアモータ１２３とから構成されている。一方のガイドレール１２１とＹ軸ビーム１２２の一端側との間には、Ｙ軸ビーム１２２のＹ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器１２４が設けられている。変位検出器１２４は、一方のガイドレール１２１に沿って配設されたスケール１２５と、Ｙ軸ビーム１２２の一端側にスケール１２５に対して僅かなギャップを介して対向配置された検出ヘッド１２６とから構成されている。

Ｘ軸駆動機構１１は、Ｙ軸ビーム１２２上に移動可能に設けられたＸ軸スライダ１１１と、このＸ軸スライダ１１１をＹ軸ビーム１２２に沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動させるリニアモータ１１２とから構成されている。Ｘ軸スライダ１１１とＹ軸ビーム１２２との間には、Ｘ軸スライダ１１１のＸ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器（図示省略）が設けられている。この変位検出器は、変位検出器１２４と同じ構成であるため、説明を省略する。

Ｚ軸駆動機構１３は、Ｘ軸スライダ１１１に取付けられ上下方向に沿って伸びるＺ軸ガイドプレート１３１と、このＺ軸ガイドプレート１３１に沿って移動可能に設けられたＺ軸スライダ（可動部材）１３２と、このＺ軸スライダ１３２をＺ軸ガイドプレート１３１に沿って上下方向へ移動させるリニアモータ１３３とから構成されている。Ｚ軸ガイドプレート１３１とＺ軸スライダ１３２との間には、Ｚ軸スライダ１３２のＺ軸方向の位置（移動変位量）を検出する変位検出器（図示省略）が設けられている。この変位検出器も、変位検出器１２４と同じ構成であるため、説明を省略する。

工具保持手段２は、Ｚ軸スライダ１３２に設置されたホルダ本体２１と、ホルダ本体２１の下端から下方に向かって伸び、軸中心に回転駆動を行う主軸２２と、主軸２２の下端に形成され工具を挟持するチャック機構２３とから形成されている。チャック機構２３に挟持された工具は、主軸２２と一体的に回転駆動を行う。またホルダ本体２１は、主軸２２に回転駆動を与える動力源、例えば、モータ（図示省略）に接続されている。

ワーク保持手段３は、熱伝達性および強度を十分に有する金属製部材であり、平面板のベース３１と、ベース３１の上面に固定され、上面にワークを載置するテーブル３２とを備えている。テーブル３２は、上面の温度を計測・表示するテーブル温度計測器３３と、上面に１２０度間隔で配置され中心へ向かって同時に進退可能に構成された３つのチャック片３４と、これら３つのチャック片３４を同時に進退させる開閉用駆動源（図示省略）とを備えている。チャック片３４は、熱伝導性を持ち、開閉用駆動源によって移動されテーブル３２の上面に載置したワークを挟持して固定する。

加熱手段４は、図２のように、テーブル３２に内蔵され電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電気熱変換手段４１と、テーブル３２に内蔵され、電気熱変換手段４１の一部を被覆する断熱部材４２とから構成される。
電気熱変換手段４１は、発熱作用を行うヒータ４１１と、電源４１２と、ヒータの温度調整、つまり、電源４１２の電圧調整を行う制御装置４１３と、これら３つの部材を直列に連結する環状の導線４１４とから構成される回路である。
ヒータ４１１は、テーブル３２の上縁部に、テーブル３２のほぼ全面に広がって配置されている。
制御装置４１３は、外面に設置されたコンロトールパネルがテーブル３２から露出しており、テーブル３２の上面の温度に対応した電圧値をコントロールパネルによって入力することで、電源４１２の電圧を調節することができる。
断熱部材４２は、ヒータ４１１の上面を除く全ての面を被覆している。

制御手段は、相対移動手段１およびワーク保持手段３とは別体であって、相対移動手段１の駆動、および、工具の回転速度を調節する。制御手段は、相対移動手段１および工具保持手段２に接続され、各軸駆動機構１１，１２，１３およびモータの駆動量を信号で送信することで、これらの駆動を制御する。

第１実施形態の加工機械を用いたワークの加工方法を説明する。
工具保持手段２の主軸２２に形成されたチャック機構２３に加工に適した工具を挟持させ、ワーク保持手段３のテーブル３２の上面にワークを載置し、チャック片３４によって固定する。
次に、加熱手段４の電気熱変換手段４１の制御装置４１３に備えられたコントロールパネルを操作して回路に電圧を与える。すると、ヒータ４１１によって電気エネルギーが熱エネルギーに変換され、ヒータ４１１は、この熱エネルギーによってテーブル３２の上縁部を加熱する。さらに、テーブル３２の上縁部の熱伝達によってテーブル３２の上面およびチャック片３４の温度が上昇し、テーブル３２の上面に固定されたワークが加熱される。このとき、ヒータ４１１の上面を除く全ての面を断熱部材４２で被覆していることから、ヒータ４１１から発生される熱によって、テーブル側縁部および下縁部が加熱されることはない。テーブル３２の上面の温度は、制御装置４１３によって電源４１２の電圧を制御することで調節し、また、図１のテーブル温度計測器３３が表示する計測値によって確認することができる。

このようにして、ワークを加工に適した温度まで加熱し、ワークの温度が安定した後、相対移動手段１の各軸駆動機構１１，１２，１３、および、工具保持手段２のモータの適切な駆動量を、制御手段に入力する。この入力信号に従って各軸駆動機構１１，１２，１３、および、モータが駆動し、ワークに対し工具が高速回転しながら相対移動を行ってワークが加工される。

第１実施形態によれば、次のような効果が期待できる。
（１）ワークの材質に合わせてワークを加熱し、ワークの硬度を加工しやすい程度
にまで軟化させることができる。これにより、ワークの加工がしやすくなり、ワークの材質に合わせて最も効率的な加工を実現することができる。
（２）ワークを加熱してその温度を維持し、ワークの状態変化を抑えることができ
るので、ワークの品質を低下させることなく加工でき、かつ、加工作業が受ける時間の制約を軽減することができる。これにより、ワークの材質に合わせて最も効率的な加工を実現することができる。

（３）ヒータ４１１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱されたテーブル３２の上
縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを加熱するので、ワーク保持手段３の外部からの加熱に比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。
（４）ヒータ４１１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱されたテーブル３２の上
縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを加熱するので、工具は加熱されにくく、熱による工具の切削性能の低下を少なくできる。
（５）加熱手段４に頻繁に交換しなければならない部材がないので、交換作業の手
間を省くことができる。

（６）制御装置４１３を用いて電源４１２の電圧、つまり、ヒータ４１１の発熱量
を調節できるから、ワークを適切な温度で維持することができる。
（７）ヒータ４１１の上面を除く全ての面を断熱部材４２で被覆していることから
、ヒータ４１１から発生される熱によって、テーブル３２の側縁部および下縁部が加熱されすぎることはなく、熱によるワーク保持手段の変形、損傷を比較的少なくできる。

第１実施形態では、加熱手段４はテーブル３２に内蔵されているとしたが、少なくともヒータ４１１のみがテーブル３２の上縁部に内蔵されていればよく、ヒータ４１１を除く加熱手段４の各部材はテーブル３２の外部に設置されていてもよい。

＜第２実施形態＞
図３に、第２実施形態のワーク保持手段の模式断面図を示す。
第２実施形態は、第１実施形態に対して、ワーク保持手段３および加熱手段５が異なる。
第２実施形態のワーク保持手段３は、非磁性体で構成されている点が第１実施形態のワーク保持手段３と異なる。

第２実施形態の加熱手段５は、図３のように、テーブル３２に内蔵された磁場発生手段５１から構成される。
磁場発生手段５１は、電流を通すことで磁場を発生する複数個のコイル５１１と、電源５１２と、磁場の大きさを調節、つまり、電源５１２の電圧の調節を行う制御装置５１３と、コイル５１１、電源５１２、および、制御装置５１３を直列に連結する環状の導線５１４とから構成された回路である。
複数個のコイル５１１は、テーブル３２の上縁部に並んで配置されている。
制御装置５１３は、外面に設置されたコンロトールパネルがテーブル３２から露出しており、テーブル３２の上面の温度に対応した電圧値をコントロールパネルによって入力することで、電源５１２の電圧を調節することができる。

第２実施形態の加工機械を用いたワークの加工方法は、第１実施形態で前述した加工方法に対して、加熱手段４による加熱作用が加熱手段５による加熱作用になる点を除いて同様である。よって、ここでは加熱手段５による加熱作用のみを説明する。
加熱手段５の磁場発生装置５１を用いて、ＩＨ加熱（電磁誘導加熱）によりワークを加熱する。まず、磁場発生手段５１の制御装置５１３に設置されたコントロールパネルを操作して、回路に電圧を与える。すると、コイル５１１に直流電流が流れ電磁誘導によりコイル周辺に磁場が発生する。テーブル３２の上面に固定されたワークが磁性体である場合、磁力戦がワーク内部を通過することにより、ワーク内部に渦電流が発生し、この渦電流のジュール熱によってワークが加熱される。このとき、テーブル３２は非磁性体であるので、テーブル３２の内部に渦電流は発生せず、テーブル３２は加熱されない。ワークの温度は、磁場の大きさを調節、つまり、制御装置４１３によって電源４１２の電圧を制御することで調節可能である。

第２実施形態によって、第１実施形態で得られる作用効果（１）および（２）に加え、次のような作用効果を期待できる。
（８）ワーク保持手段３が非磁性体であることから、磁場発生手段５１から発生す
る磁場はワーク保持手段３を加熱しないので、作業を円滑、安全に行うことができる。
（９）磁場発生手段５１から発生する磁場によってワークが加熱されるので、磁場
の大きさを調節することで、工具が加熱されにくく、熱による工具の性能低下を少なくできる。

（１０）ワーク保持手段３の内部に熱が発生することはないので、磁場発生手段５１の周囲に断熱部材を設置する必要はない。
（１１）加熱手段５に頻繁に交換しなければならない部材がないので、交換作業の手間を省くことができる。
（１２）制御装置５１３を用いて電源５１２の電圧、つまり、コイル５１１から発生される磁場の大きさを調節できるから、ワークを適切な温度に維持できる。

第２実施形態では、加熱手段５は、テーブル３２に内蔵されているとしたが、少なくともコイル５１１のみがテーブル３２の上縁部に内蔵されていればよく、コイル５１１を除く加熱手段５の各部材はテーブル３２の外部に設置されていてもよい。

＜第３実施形態＞
図４に、第３実施形態のワーク保持手段の模式断面図を示す。
第３実施形態は、第１実施形態に対して、加熱手段４が省略され、それに代わってワークを冷却する冷却手段６が付加されている点が異なる。

第３実施形態の冷却手段６は、テーブル３２に形成された冷媒収納空間６１と、冷媒収納空間６１に収納された冷却用媒体としてのドライアイス６２と、冷媒収納空間６１の一部を被覆した断熱材６３とから構成される。
冷媒収納空間６１は、テーブル３２の上縁部に形成されており、側面にドライアイス６２を投入するための冷媒投入口６１１を設けている。冷媒投入口６１１には、冷媒収納空間６１を密閉できる冷媒投入扉６１２が備えられている。
断熱部材６３は、冷媒収納空間６１の上面を除く全ての面および冷媒投入扉６１２を被覆している。

第３実施形態の加工機械を用いたワークの加工方法は、第１実施形態で前述した加工方法に対して、加熱手段４による加熱作用が冷却手段６による冷却作用になる点を除いて同様である。よって、ここでは冷却手段６による冷却作用のみを説明する。
冷却手段６の冷却収納空間６１に備えられた冷却投入扉６１２を開き、冷却投入口６１１から冷媒収納空間６１へドライアイス６２を投入する。ドライアイス６２は、なるべく冷媒収納空間６１の床全体に配置されるようにし、冷却投入扉６１２を閉める。すると、ドライアイス６２によって、冷媒収納空間６１の内壁が冷却される。さらに、テーブル３２の上縁部の熱伝導によってテーブル３２の上縁部およびチャック片３４の温度が低下し、テーブル３２の上面に固定されたワークが冷却される。

このとき、上面を除く冷媒収納空間６１の全ての面および冷媒投入扉６１２を断熱部材６３で被覆していることから、冷媒収納空間６１の内部の冷気がテーブル３２の側縁部および下縁部に逃げることが少なく、また、テーブル３２の熱が冷媒収納空間６１に伝わりにくくなる。テーブル３２の上面の温度は、冷媒収納空間６１に収納するドライアイス６２の量によって調節し、また、図１のテーブル温度計測器３３が表示する計測値によって確認することができる。

第３実施形態によれば、次のような効果が期待できる。
（１３）ワークの材質に合わせてワークを冷却し、ワークの硬度を加工しやすい程度まで硬化させることができる。これにより、ワークの加工がしやすくなり、ワークの材質に合わせて最も効率的な加工を実現することができる。
（１４）ワークを冷却することで、ワークの温度を維持しその状態変化を抑えることができるので、ワークの品質を低下させることなく加工でき、かつ、加工作業が受ける時間の制約を軽減することができる。これにより、ワークの材質に合わせて最も効率的な加工を実現することができる。例えば、冷凍食品などを加工する場合でも、冷却によって冷凍状態のまま加工することができるため、加工がしやすくなり、かつ、溶解によって品質を悪化させることはない。

（１５）冷媒収納空間６１をワーク保持手段３に内蔵することで、冷却されたテーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを冷却することができるので、ワーク保持手段３の外部からワークを冷却するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。
（１６）冷媒収納空間６１をワーク保持手段３に内蔵し、テーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを冷却するので、工具は冷却されにくく、冷却による工具表面における結露の発生を少なくできる。
（１７）冷却手段６が比較的単純な構造であるため、構造の簡素化を図ることができ、また、故障発生率を抑えることができる。

（１８）ドライアイス６２が冷却源であるから、電力などのエネルギー源を必要としない。
（１９）冷媒収納空間６１の上面を除く全ての面、および、冷媒投入扉６１２を断熱部材６３で被覆していることから、冷媒収納空間６１の内部の冷気がテーブル３２の側縁部および下縁部に逃げることを少なくできる。また、テーブル３２の側縁部および下縁部から冷媒収納空間６１へ熱が侵入しにくくなるので、冷媒収納空間６１の内部に収納されたドライアイス６２の溶解を遅らせることができる。

第３実施形態では、冷却用媒体にドライアイス６２を用いたが、例えば、液体窒素、氷などを用いてもよい。

＜第４実施形態＞
図５に、第４実施形態のワーク保持手段の断面模式図を示す。
第４実施形態は、第１実施形態に対して、加熱手段４が省略され、それに代わってワークを加熱および冷却する加熱・冷却手段７が付加されている点が異なる。

第４実施形態の加熱・冷却手段７は、ワーク保持手段３に形成された流体収納空間７１と、流体収納空間７１に収納される温調流体７２と、温調流体７２を流体収納空間７１に通して循環させる流体移動手段７３と、流体移動手段７３の途中に設けられ、温調流体７２を加熱および冷却する熱変換手段７４と、流体収納空間７１の一部の面を被覆する断熱材７５とから構成される。
流体収納空間７１は、テーブル３２の上縁部に内蔵され、一方側壁に、流体移動手段７３に接続され温調流体７２が流入する流入口７１１と、他方側壁に、流体移動手段７３に接続され温調流体７２が流出する流出口７１２とを備えている。

流体移動手段７３は、流体収納空間７１および熱変換手段７４を連結し、内部に温調流体７２を通す環状のパイプ７３１と、パイプ７３１の途中に設けられ温調流体７２に動力を与えるポンプ７３２とを備えている。
熱変換手段７４は、内部に流入した温調流体７２を加熱および冷却して、流体移動手段７３のパイプ７３１に流出する。
温調流体７２は、例えば水や油などが状態変化を生じにくい温度範囲で使用され、上記の構成により加熱・冷却手段７を循環する。
断熱部材７５は、流体収納空間７１の上面を除く全ての面を被覆しており、流体収納空間７１に接続されている流体移動手段７３のパイプ７３１を通す２つのパイプ孔（図示省略）を備えている。

第４実施形態の加工機械を用いたワークの加工方法は、第１実施形態で前述した加工方法に対して、加熱手段４による加熱作用が加熱・冷却手段７による加熱・冷却作用になる点を除いて同様である。よって、ここでは加熱・冷却手段７による加熱・冷却作用のみを説明する。
まず、ワークを加熱させたい場合について説明する。加熱・冷却手段７のポンプ７３２を稼動させて温調流体７２を循環させる。同時に、熱変換手段７４も稼動させて熱変換手段の内部を通過する温調流体７２を加熱する。すると、熱変換手段７４を通過した温調流体７２は高温となる。高温となった温調流体７２は、パイプ７３１を通って流入口７１１から流体収納空間７１へ流入する。

流体収納空間７１へ流入した温調流体７２が持つ熱によって、流体収納空間７１の内壁が加熱される。さらに、流体収納空間７１の内壁からテーブル３２の上縁部への熱伝達によってテーブル３２の上縁部が加熱され、テーブル３２の上面に固定されたワークが加熱される。
流体収納空間７１の内壁に熱を与えたことにより、温度が低下した温調流体７２は、流体収納空間７１の流出口７１２からパイプ７３１へ流出する。よって、流体収納空間７１を通過した温調流体７２は低温となる。低温の温調流体７２は、パイプ７３１を通って再び熱変換手段７４に流入し加熱される。このような作用を伴いながら温調流体７２が加熱・冷却手段７の内部を循環することで、ワークが加熱される。また、上面を除く流体収納空間７１の全ての面を断熱部材７５で被覆していることから、流体収納空間７１の内壁に与えられた熱量によって、テーブル側縁部および下縁部が加熱されることはない。

次に、ワークを冷却させたい場合の加熱・冷却手段７による冷却作用は、ワークを加熱させたい場合の加熱・冷却手段７の加熱作用に対して、加熱ではなく冷却になる点が異なる。つまり、熱変換手段７４によって温調流体７２を冷却し、この低温の温調流体が流体収納空間７１に流入することで、流体収納空間７１の内壁が冷却され、熱伝達によってテーブル３２の上縁部さらにワークが冷却される。
テーブル３２の上面の温度は、熱変換手段７４によって温調流体７２を温度調整することで調節し、また、図１のテーブル温度計測器３３が表示する計測値によって確認することができる。

第４実施形態によれば、第１実施形態から得られる作用効果（１），（２）、および、第３実施形態から得られる作用効果（１３），（１４）に加え、次のような作用効果を期待できる。
（２０）温調流体７２の温度調整によって、ワークの加熱および冷却の両方を行うことができる。
（２１）流体収納空間７１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱および冷却されたテーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを温度調整するので、ワーク保持手段３の外部からワークを温度調整するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。

（２２）流体収納空間７１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱および冷却されたテーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを加熱および冷却するので、工具は加熱および冷却されにくく、熱による工具の切削性能の低下や、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。
（２３）加熱・冷却手段７に、頻繁に交換しなければならない部材がないので、交換作業の手間を省くことができる。
（２４）熱変換手段７４を用いて温調流体７２の温度、つまり、流体収納空間７１からの発熱量を調節できるから、ワークを適切な温度に維持することができる。

（２５）流体収納空間７１の上面を除く全ての面を断熱部材７５で被覆していることから、流体収納空間７１から発生される熱量によって、テーブル３２の側縁部および下縁部が加熱されすぎることはなく、熱によるワーク保持手段３の変形、損傷を比較的少なくできる。
（２６）流体収納空間７１の上面を除く全ての面を断熱部材７５で被覆していることから、テーブル３２の側縁部および下縁部と流体収納空間７１との不必要な熱の交換を少なくできるので、流体収納空間７１の内部の温度を維持することができる。

第４実施形態で用いた温調流体７２としては、水、油、空気、および、その他のガスなどが考えられる。また、加熱・冷却手段７は、ワーク保持手段３に内蔵されているとしたが、少なくとも流体収納空間７１のみがテーブル３２の上縁部に内蔵されていればよく、流体収納空間７１を除く加熱・冷却手段７の各構成要素はテーブル３２の外部に設置されていてもよい。

＜第５実施形態＞
図６は、第５実施形態のワーク保持手段の断面模式図である。
第５実施形態は、第１実施形態に対して、加熱手段４が省略され、それに代わってワークを加熱および冷却する加熱・冷却手段８が付加されている点が異なる。

加熱・冷却手段８は、ワーク保持手段３に内蔵された発熱・吸熱回路８１と、発熱・吸熱回路８１からの熱を受ける受熱板８２とから構成される。
発熱・吸熱回路８１は、テーブル３２の上縁部に内蔵され、発熱および吸熱を行うペルチェ素子部８１１と、ペルチェ素子部８１１に直流電流を流す直流電源８１２と、直流電源８１２の電圧を調節する制御装置８１３と、ペルチェ素子部８１１、直流電源８１２および制御装置８１３を直列に連結した環状の導線８１４とによって構成された直流回路である。
ペルチェ素子部８１１は、テーブル３２の上縁部に配置されており、並列した複数個のペルチェ素子８１５と、隣り合うペルチェ素子を接合する電極８１６とから構成される。

ペルチェ素子８１５は、直方形状であり、ｐ型とｎ型の２種類の半導体である。これらｐ型半導体とｎ型半導体は、それぞれの長手方向を垂直方向に向け、かつ、水平方向に沿ってｐ型、ｎ型が交互に並列している。
電極８１６は、電導性を持つ金属板であり、全てのペルチェ素子８１５が直列に接続されるように、隣り合うｐ型半導体およびｎ型半導体の上端面に架設された上方電極８１６Ａと、隣り合うｐ型半導体およびｎ型半導体の下端面に架設された下方電極８１６Ｂとがある。これにより、ｐ型半導体とｎ型半導体は、交互に直列接続される。

ペルチェ素子８１５のｐ型半導体とｎ型半導体を電極８１６で直列接続し直流電流を流すと、ペルチェ素子８１５は、それぞれ一端で発熱現象を、他端で吸熱現象を同時に起こすという材質を持つ。よって、ここでは、各ペルチェ素子８１５と電極８１６の接合部分で発熱現象または吸熱現象が生じる。また、吸熱現象によって表面に結露が発生する場合があるので、ペルチェ素子８１５の表面には防水加工が施されている。
制御装置８１３は、外面に設置されたコンロトールパネルがテーブル３２から露出しており、テーブル３２の上面の温度に対応した電圧値をコントロールパネルから入力することで、直流電源８１２の電圧を調節することができる。

受熱板８２は、セラミック製の長方平面板であり、ペルチェ素子部８１１の上下端面に接触して、つまり、ペルチェ素子８１５に架設された上下の電極８１６に接触して設けられている。これにより、ペルチェ素子部８１１の一端の発熱現象によって、ペルチェ素子部８１１の一端に設けられた一方の受熱板８２は加熱され、同時に、ペルチェ素子部８１１の他端の吸熱現象によって、ペルチェ素子部８１１の他端に設けられた他方の受熱板８２は冷却される。

放熱手段９は、ワーク保持手段３に形成され、テーブル３２の下縁部に内蔵される貯水空間９１と、貯水空間９１に収納される温調流体９２と、温調流体９２を貯水空間９１に通して循環させる流体移動手段９３と、流体移動手段９３の途中に設けられ、温調流体９２を加熱および冷却する熱変換手段９４とから構成される。

貯水空間９１は、テーブル３２に内蔵され、ペルチェ素子部８１１の下縁部にわずかな間を挟んで形成されている。貯水空間９１の一方側壁に、流体移動手段９３に接続され温調流体９２が流入する流入口９１１と、他方側壁に、流体移動手段９３に接続され温調流体９２が流出する流出口９１２とを備えている。

流体移動手段９３は、貯水空間９１および熱変換手段９４を連結し、内部に温調流体９２を通す環状のパイプ９３１と、パイプ９３１の途中に設けられ温調流体９２に動力を与えるポンプ９３２とを備えている。
熱変換手段９４は、内部に流入した温調流体９２を加熱および冷却して、流体移動手段９３へ流出する。ワークを加熱する場合、つまり、ペルチェ素子部８１１の下端側が吸熱現象を生じる場合には温調流体９２を加熱し、ワークを冷却する場合、つまり、ペルチェ素子部８１１の下端側が発熱現象を生じる場合には温調流体９２を冷却する。
温調流体９１は、ある程度の高温または低温においても状態変化を生じない流体であり、上記の構成によって、放熱手段９の内部を循環する。

第５実施形態の加工機械を用いたワークの加工方法は、第１実施形態で前述した加工方法に対して、加熱手段４による加熱作用が加熱・冷却手段８による加熱・冷却作用になる点、および、放熱手段９による放熱作用が加わる点を除いて同様である。よって、ここでは、加熱・冷却手段８による加熱・冷却作用、および、放熱手段９による放熱作用を説明する。
まず、ワークを加熱したい場合について説明する。ここで、ペルチェ素子８１５の並びは図６に示す通りとする。はじめに、加熱・冷却手段８の、発熱・吸熱回路８１の制御装置８１３に設けられたコントロールパネルを操作して電源を入れ、発熱・吸熱回路８１に矢印Ａの方向へ直流電流を流す。同時に、放熱手段９のポンプ９３１および熱変換手段９４を稼動させる。

すると、ペルチェ素子８１５の内部に直流電流が流れる。このとき、ペルチェ素子８１５のｐ型半導体およびｎ型半導体の内部では、ペルチェ効果により正孔および電子が移動するが、この正孔および電子が熱エネルギーを運び、矢印Ａの方向に電流を流した図６の場合、各ペルチェ素子８１５の上端と上方電極８１６Ａとの接合部分で発熱現象が、同時に、各ペルチェ素子８１５の下端と下方電極８１６Ｂとの接合部分で吸熱現象が生じる。

このペルチェ素子部８１１の上端側で生じた発熱現象によって、上方電極８１６Ａに接触して設けられている受熱板８２が加熱される。さらに、受熱板８２からテーブル３２の上縁部への熱伝達によってテーブル３２上面およびチャック片３４の温度が上昇し、テーブル３２の上面に固定されたワークが加熱される。
テーブル３２の上面の温度は、制御装置８１３によって直流電源８１２の電圧を制御することで調節し、また、図１のテーブル温度計測器３３が表示する計測値によって確認することができる。

このとき、このペルチェ素子部８１１の下端側では吸熱現象が生じており、この吸熱現象により受熱板８２が冷却され、テーブル３２の下縁部の温度が過度に低温となる危険性がある。このため、放熱手段９によって、ペルチェ素子部８１１の下端側による吸熱作用をある程度まで緩和する。
放熱手段９では、温調流体９２が流体移動手段９３によって循環している。発熱・吸熱回路８１に直流電流を流すと同時に、熱変換手段９４によって、熱変換手段９４の内部を通過する温調流体９２を加熱する。これにより、高温の温調流体９２が貯水空間９１に流入し、貯水空間９１の内部の温度が上昇して内壁が加熱される。

すると、貯水空間９１の内壁からテーブル３２への熱伝達により、テーブル３２が加熱され、その結果、テーブル３２の下縁部の温度低下を抑止することができる。温調流体９２は、ペルチェ素子部８１１の下端側の吸熱作用を、加工機械に悪影響を与えない程度、かつ、作業の安全性が保たれる程度にまで緩和できる温度であればよい。
このようにして、発熱・吸熱回路８１によってワークを加熱することができ、放熱手段９によって、テーブル３２の下縁部の温度変化をある程度まで抑止することができる。
ワークを冷却したい場合には、発熱・吸熱回路８１にＡとは反対方向に電流を流し、かつ、温調流体９２を熱変換手段９４によって冷却しながら放熱手段９の内部を循環させる。このときの発熱・吸熱回路８１および放熱手段９の作用は、上記のワークを加熱したい場合のそれらと、加熱が冷却に変更される点が異なる。

第５実施形態によって、第１実施形態から得られる作用効果（１），（２）、および、第３実施形態から得られる作用効果（１３），（１４）に加え、次のような効果を期待することができる。
（２７）ペルチェ素子部８１１の発熱および吸熱現象によって、ワークの加熱および冷却の両方を行うことができる。
（２８）ペルチェ素子部８１１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱および冷却されたテーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを温度調整するので、ワーク保持手段３の外部からワークを加熱および冷却するのに比べ、作業を円滑、安全に行うことができる。
（２９）ペルチェ素子部８１１がワーク保持手段３に内蔵され、加熱・冷却されたテーブル３２の上縁部とワークとの接触面における熱伝達によってワークを温度調整するので、工具は加熱および冷却されにくく、熱による工具の切削性能の低下や、冷却による工具表面における結露の発生などを少なくできる。

（３０）加熱・冷却手段８に、頻繁に交換しなければならない部材がないので、交換作業の手間を省くことができる。
（３１）制御装置８１３を用いて直流電源８１２の電圧、つまり、ペルチェ素子部８１１から発生される発熱量を調節できるから、ワークの温度を適切に維持することができる。
（３２）直流電源８１２の直流電流の向きを変えることによって、ペルチェ素子部８１１の発熱部と吸熱部の位置が切り替わるので、ワークの加熱および冷却を瞬時に切り替えることができる。
（３３）放熱手段９によって、ペルチェ素子部８１１の下端側における余分な発熱作用および吸熱作用を緩和することができるので、テーブル３２の側縁部および下縁部が加熱および冷却されすぎることはなく、ワーク保持手段３の変形、損傷を比較的少なくできる。

第５実施形態では、ワークを加熱させる場合、ペルチェ素子部８１１の下端側の吸熱作用を放熱手段９によって緩和させたが、この吸熱作用によるテーブル３２の下縁部の冷却が、テーブル３２の損傷や作業の危険性を引き起こす程度ではない場合には、放熱手段９は、ペルチェ素子部８１１の下端の吸熱作用を緩和させる機能を備えてなくてもよい。また、第５実施形態では、温調流体９２による放熱手段９を用いたが、放熱手段９は、例えば、テーブル３２のペルチェ素子部８１１の下方に設置されたファンを備え、このファンを回転させて生じた風をテーブル３２に当てることによって余分な熱を発散させる構造であってもよい。また、放熱手段９ではなく、ペルチェ素子部８１１の上面を除く全ての面を断熱材で被覆することで、ペルチェ素子部８１１の下端側とテーブル３２との間の熱伝達しにくくさせてもよい。
第５実施形態の加工機械は、ワークの加熱および冷却を行えるものとしたが、ワークの冷却のみ行いたい場合は、ペルチェ素子部８１１を含む回路に適切な方向へ直流電流を流せばよい。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、第１〜第５実施形態の加工機械は、相対移動手段１が駆動することにより、工具とワークの相対移動を行うとしたが、本発明は、ワーク保持手段３が駆動するタイプ、また、工具保持手段２およびワーク保持手段３のいずれも駆動するタイプの加工機械であっても適用することができる。

また、第１〜第５実施形態では、相対移動手段１の駆動は、制御手段に入力された信号によって制御されるとしたが、本発明では、三軸方向の駆動制御は、相対移動手段１にレバーやハンドルなどを備えて手動で行ってもよい。
また、第１および第４実施形態では、断熱材４２，７５によってテーブル３２の側縁部および下縁部の温度変化が少なくなるようにしたが、例えば、テーブル３２の下縁部に放熱手段を設け、加熱手段４または加熱・冷却手段７から発生される余分な発熱および吸熱を緩和させてもよい。放熱手段には、温調流体を用いる方法、ファンの風によって熱を発散させる方法などが考えられる。
また、第１、第２、第４、第５実施形態では、ワークの温度調整を行うには、各温度調節手段（加熱手段４，５、加熱・冷却手段７，８）を操作するとしたが、本発明では、テーブル３２の上面の設定温度を入力すると、テーブル３２の上面がその設定温度で一定に保たれるように、各温度調節手段の制御を自動的に行う温度制御手段（図示省略）を付加しても良い。このような構成によれば、温度調整のために各温度調節手段を細かく操作する手間を省くことができる。

本発明は、加工機械に利用することができる。

本発明の第１実施形態にかかる加工機械を示す斜視図。 本発明の第１実施形態におけるワーク保持手段を示す模式断面図。 本発明の第２実施形態におけるワーク保持手段を示す模式断面図。 本発明の第３実施形態におけるワーク保持手段を示す模式断面図。 本発明の第４実施形態におけるワーク保持手段を示す模式断面図。 本発明の第５実施形態におけるワーク保持手段を示す模式断面図。

符号の説明

１…相対移動手段，２…工具保持手段，３…ワーク保持手段，４…加熱手段，４１…電気熱変換手段，５…加熱手段，５１…磁場発生手段，６…冷却手段，６１…冷媒収納空間，６２…ドライアイス，７…加熱・冷却手段，７１…流体収納空間，７２…温調流体，７３…流体移動手段，７４…熱変換手段，８…加熱・冷却手段８１…発熱・吸熱回路，８１５…ペルチェ素子

Claims (7)

1. ワークを保持するワーク保持手段と、ワークを加工する工具を保持する工具保持手段と、前記ワーク保持手段および前記工具保持手段を相対移動させる相対移動手段とを有する加工機械において、
   ワークを加熱する加熱手段およびワークを冷却する冷却手段の少なくともどちらか一方を備えたことを特徴とする加工機械。
2. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記加熱手段を備え、
   前記加熱手段は、前記ワーク保持手段に内蔵され、電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電気熱変換手段によって構成されていることを特徴とする加工機械。
3. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記加熱手段を備え、
   前記加熱手段は、前記ワーク保持手段に内蔵された磁場発生手段によって構成されていることを特徴とする加工機械。
4. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記冷却手段を備え、
   前記冷却手段は、前記ワーク保持手段に形成された冷媒収納空間と、前記冷媒収納空間に収納される冷却用媒体とによって構成されていることを特徴とする加工機械。
5. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記冷却手段を備え、
   前記冷却手段は、前記ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む回路によって構成されていることを特徴とする加工機械。
6. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記加熱手段と前記冷却手段とを備え、
   前記加熱手段および前記冷却手段は、前記ワーク保持手段に形成された流体収納空間と、前記流体収納空間に収納される温調流体と、前記温調流体を前記流体収納空間に通して循環させる流体移動手段と、前記流体移動手段の途中に設けられ、前記温調流体を加熱および冷却する熱変換手段とによって構成されていることを特徴とする加工機械。
7. 請求項１に記載の加工機械において、
   前記加熱手段と前記冷却手段とを備え、
   前記加熱手段および前記冷却手段は、前記ワーク保持手段に内蔵されたペルチェ素子を含む発熱・吸熱回路によって構成されていることを特徴とする加工機械。

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