JP4354226B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工装置に関し、さらに詳細には、加工手段として、例えば、所定のツールを用いて被加工物に所定の加工を施す際に用いて好適な加工装置に関する。
【０００２】
なお、本明細書において「ツール」とは、カッターやペンなどのように、被加工物と接することにより当該被加工物に対して切削、切断あるいは描画などの所定の処理を行う器具や、インクジュエットノズルなどのように、被加工物と接することなしに当該被加工物に対して印刷などの所定の処理を行う器具を意味するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、マイクロコンピューターと、被加工物が載置されるテーブルと、被加工物を切削するツールと、マイクロコンピューターの制御によってテーブルならびにツールをそれぞれ所定の方向に移動するモーターなどの駆動装置とを有し、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御により駆動装置を駆動して、テーブルに載置された被加工物とツールとの相対的な位置関係を３次元方向で移動させ、被加工物から所定のデータに基づいた３次元形状を削り出すことができるようにした３次元切削加工装置が知られている（例えば、特許文献１ならびに特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１０６３１１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−３４４６１号公報
こうした３次元切削加工装置においては、例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向のそれぞれに直線的に延長される２本の平行軸を配設し、当該２本の平行軸に摺動部材などを介してツールやテーブルを移動自在に配設することがある。
【０００６】
そして、被加工物を載置したテーブルとツールとは駆動装置によってそれぞれ、これら所定の方向に延長されている２本の平行軸に沿って移動され、例えば、ツールがＸ軸方向とＺ軸方向とに移動され、被加工物が載置されたテーブルがＹ軸方向に移動されることにより、被加工物とツールとの相対的な位置関係が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３次元方向で変化するようになされている。
【０００７】
しかしながら、従来の３次元切削加工装置においては、３次元方向のそれぞれに２本の平行な軸を配設する必要があるので、部品点数が増加してしまい、組み立て効率の低下や、装置の大型化、コストの増大などを招来するという問題点があった。
【０００８】
また、従来の３次元切削加工装置においては、２本の平行な軸に沿ってカッターなどのツールやテーブルをスムーズに移動させるためには、２本の平行な軸が高い精度で適正に配設される必要があった。
【０００９】
例えば、２本の平行な軸を配設する際にクリアランスの確保は欠かせないものであるが、クリアランスが大きすぎるとガタが生じて切削の品質が悪化することになる。逆に、クリアランスが小さすぎるとスムーズな移動ができなくなり、動作の停止を招くこともある。
【００１０】
このため、従来の３次元切削加工装置においては、高い部品精度が必要とされるとともに、組み付け誤差を少なくすることや、あるいは、クリアランスを適正にするためなどの各種調整が必要であるという問題点があった。
【００１１】
さらにまた、従来の３次元切削加工装置において、２本の平行な軸に代えて、例えば、ボールネジを使用することも可能であるが、当該ボールネジは高級な部品なので、さらなるコストの増大という新たな問題点を招来してしまうことになる。
【００１２】
また、従来の３次元切削加工装置においては、ツールが被加工物の加工領域内を直線的に往復移動しながら切削などの加工を行うので、ツールが加工領域の全領域を走査して切削などの加工を完了するのに長時間を要してしまい、短時間で加工を完了させ、しかも高品質な加工を実現する手法が望まれていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係が３次元方向で変化するようにして、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置を提供しようとするものである。
【００１４】
また、本発明の目的とするところは、被加工物の加工を短時間で高精度に行うことができるようにした加工装置を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、所定のデータに基づいて被加工物を加工する加工装置において、固定系のベース部材と、上記ベース部材上に中心部位を回転中心としてＸＹＺ直交座標系のＸＹ平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設されるとともに、上面に被加工物を載置可能なテーブルと、一方の端部側を回転中心としてＸＹ平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設された回転部材と、駆動装置の駆動力により回転される第１のプーリーと、上記第１のプーリーと対向して配設された第２のプーリーと、両端がいずれも上記回転部材に固定的に配設され、上記回転部材に固定的に配設される一方の端部から上記第１のプーリーに至り、上記第１のプーリーから上記第２のプーリーに至り、上記第２のプーリーから上記回転部材の他方の端部側において交差して上記回転部材に固定的に配設される他方の端部に至るワイヤーと、上記回転部材にＺ軸方向に沿って移動自在に配設され、上記回転部材のＸＹ平面方向に一致する回転平面での回転に伴って上記テーブルの上記中心部位と対向可能なように先端部を位置させたツールとを有するようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、テーブルならびに回転部材のＸＹ平面方向に一致する回転平面での回転とツールのＺ軸方向に沿った移動とによって、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係を３次元の方向で変化させて、ツールによる被加工物の３次元加工が短時間で行われる。
【００１７】
また、上記した「従来の技術」の項において記載した従来の３次元切削加工装置に必須の３次元方向のそれぞれに延長された２本の平行な軸を配設する必要がなくなるので、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置とすることができる。さらに、ワイヤーを交差して回転部材に配設しているので、ワイヤーによる回転部材のＸＹ平面方向に一致する回転平面での回転が、非常にスムーズかつ高精度に行われるようになり、ツールによる被加工物の加工は高品質なものになる。
【００１８】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ワイヤーが交差する上記回転部材の他方の端部側は、所定の曲率の曲面により形成された端面を有し、当該端面の曲面に沿って上記ワイヤーが交差するものであるようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による加工装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２０】
なお、以下に説明する実施の形態においては、本発明による加工装置を、ツールたるカッターを用いて被加工物の切削を行う３次元切削加工装置として実施した場合について説明する。
【００２１】
図１には、本発明による３次元切削加工装置の実施の形態の一例の概略構成説明図（斜視図）が示されており、図２には、図１におけるＡ矢視図に対応する概略構成説明図（左側面図）が示されており、図３には、図１におけるＢ矢視図に対応する概略構成説明図（上面図）が示されている。なお、図１ならびに図３においては、説明を容易するために、後述する後方部材１６の上方端部を開口した状態で図示している。
【００２２】
この３次元切削加工装置１０は、固定系のベース部材１２と、ベース部材１２の上面１２ａに回転自在に配設されたテーブル１４と、ベース部材１２の後方側１２ｂにおいて上面１２ａに垂直に立設された後方部材１６と、ベース部材１２の前方側１２ｃにおいて上面１２ａに垂直に立設された支軸１８と、支軸１８の上端部１８ａに回転自在に配設されたアーム２０と、刃部２２ａがテーブル１４の上面１４ａと対向するようにしてアーム２０に配設されたカッター２２とを有して構成されている。
【００２３】
なお、上記した３次元切削加工装置１０は、後述するモーター３４，４２，４８，５６の駆動制御を含む全体の動作をマイクロコンピューター１００により制御されているものである。そして、３次元切削加工装置１０において用いられる切削用データは、所定の３次元形状を示すものであり、被加工物２００の所定の加工領域（図１における破線領域参照）内において所定の３次元形状が削り出されるようになされている。
【００２４】
ここで、ベース部材１２は、ＸＹＺ直交座標系（図１乃至図４における座標系を示す参考図を参照する。）におけるＸＹ平面方向に延設されているものであり、略台形形状の上面１２ａを備えている。なお、略矩形形状のベース部材１２の下面１２ｄ側には、図示しない脚部が形成されており、当該脚部が所定の接地面に接するようにして３次元切削加工装置１０は配設される。
【００２５】
ベース部材１２の上面１２ａの略中央部位に配設されたテーブル１４は、略円板状体の形状を備えている。このテーブル１４の略円形形状の上面１４ａには、立体たる被加工物２００が固定的に載置されることになる。
【００２６】
そして、ベース部材１２の上面１２ａに配設された図示しない軸受を介して、ベース部材１２の上面１２ａに支軸３０が垂直に立設されている（図４参照）。この支軸３０の上端部３０ａにテーブル１４が回転自在に配設されており、支軸３０の延長方向にテーブル１４の中心部位１４Ｐが位置するようになされている。また、ベース部材１２の内部１２ｅに位置する支軸３０にはギア３２が配設されている。
【００２７】
一方、ベース部材１２の内部１２ｅには、テーブル回転用のモーター３４が配設されている。このモーター３４の回転軸３４ａにはモーターギア３６が固定されており、このモーターギア３６とギア３２とが噛み合うようにしてモーター３４は配置されている。従って、モーター３４の回転軸３４ａの回転は、モーターギア３６とギア３２とを介して回転速度を減速（トルク確保のため）されて支軸３０に伝達されることになり、モーター３４の駆動によって支軸３０が軸線周りに回転される。
【００２８】
ここで、モーター３４の回転力、即ち、モーター３４の回転速度と回転方向とに応じた速度と方向で支軸３０が軸線周りに回転すると、この支軸３０の回転に伴って、支軸３０に配設されたテーブル１４が支軸３０（即ち、中心部位１４Ｐ）を回転中心として回転する（図４に示す矢印Ｆならびに矢印Ｇ参照）。
【００２９】
この実施の形態においては、テーブル回転用のモーター３４の回転の方向が所定の方向（例えば、右回転）の場合には、テーブル１４が中心部位１４Ｐを回転中心として反時計回り方向（図４に示す矢印Ｆ方向）に回転する。
【００３０】
一方、テーブル回転用のモーター３４の回転の方向が所定の方向とは逆の方向（例えば、左回転）の場合には、テーブル１４が回転部位１４Ｐを回転中心として時計回り方向（図４に示す矢印Ｇ方向）に回転する。
【００３１】
なお、テーブル１４の上面１４ａはベース部材１２の上面１２ａと平行して位置しており、テーブル１４が中心部位１４Ｐを回転中心として回転する回転平面は、ＸＹ平面方向に一致している。また、こうしたテーブル回転用のモーター３４の駆動力によって支軸３０が回転して行われるテーブル１４の回転速度は、カッター２２による被加工物２００の切削の進行速度に対応するように設定されている。
【００３２】
そして、アーム２０は全体が略板状体であって、前方側２０ａにおいては支軸１８の上端部１８ａに支持され、後方側２０ｂにおいては後方部材１６に支持され、中央部位２０ｃに穿設された貫通孔２０ｄ内にはツールたるカッター２２が配設されている。
【００３３】
なお、アーム２０の前方側２０ａは、アーム２０に配設された図示しない軸受を介して、支軸１８の上端側１８ａに回転自在に配設されているものである。
【００３４】
また、アーム２０の中央部位２０ｃにおいては、テーブル１４の上面１４ａから一定の高さに保持され、貫通孔２０ｄ内に位置されるようにして、キャリッジベース４０が装着されている。
【００３５】
このキャリッジベース４０の上面４０ａにはカッター昇降用のモーター４２が配設されており、側面４０ｂにはモーター４２の回転力によって駆動されるスクリュー４４が、その軸線方向がＺ軸方向と一致した状態で、キャリッジベース４０のＺ軸方向における所定の高さ位置に位置決めされて配設されている。そして、スクリュー４４のネジ山には、キャリッジ４６に形成されたネジ溝が係合しており、当該キャリッジ４６はキャリッジベース４０の側面４０ｂに移動自在に配設されている。
【００３６】
キャリッジ４６にはカッター回転用のモーター４８と、カッター２２を支持するカッターホルダー２３とが配設されている。このカッターホルダー２３は、略円筒状体に形成された主軸２４と、ベアリング（図示せず。）を介して主軸２４の内周側に回動自在に支持された回転軸２６と、先端部の刃部２２ａを備えるとともに回転軸２６に固定的に配設されたカッター２２と、主軸２４の上方に位置して回転軸２６に固定的に配設されたプーリー２８とを有して構成されている。
【００３７】
なお、このカッターホルダー２３がキャリッジ４６に配設される位置は、カッターホルダー２３に支持されるカッター２２の刃部２２ａが、テーブル１４の中心部位１４Ｐに対向可能なようにして寸法設定されているものである。
【００３８】
そして、モーター４８の回転力をベルト５０を介してプーリー２８に伝達してプーリー２８を回転すると、プーリー２８の回転に伴い回転軸２６が回転し、回転軸２６の回転に伴ってカッター２２が軸線周りに回転する。
【００３９】
また、モーター４２の回転力により、スクリュー４４が軸線周りに回転すると、スクリュー４４のネジ山にネジ溝が係合しているキャリッジ４６は、スクリュー４４のネジ山上を軸方向（即ち、Ｚ軸方向）に沿って移動することになる。これにより、キャリッジ４６がテーブル１４の表面１４ａに垂直な上下方向に移動して、モーター４２の回転に応じてカッター２２の高さ位置が、Ｚ軸方向における上方方向（図２に示す矢印Ｈ方向）あるいは下方方向（図２に示す矢印Ｉ方向）に移動することになる。
【００４０】
こうして、カッター２２を回転させた状態で、カッター２２をＺ軸方向に移動させ、カッター２２の刃部２２ａが被加工物２００に接すると、カッター２２の刃部２２ａによって被加工物２００が切削される。
【００４１】
そして、アーム２０の後方側２０ｂの上面２０ｅには、ガイド部材５２が配設されており、後方側２０ｄの下面２０ｆには、後述する後方部材１６のプレート５４に当接するようにして突起部２０ｇ（図１参照）が形成されている。
【００４２】
ガイド部材５２は、所定の曲率で曲面として形成された端面５２ａと、端面５２ａの背面側５２ｂに形成され孔５２ｃが穿設された係止部５２ｄとを備えている（図５参照）。この端面５２ａの曲面は、中央位置５２ａｃから左方端部５２ａＬまでの範囲と、中央位置５２ａｃから右方端部５２ａＲまでの範囲とが対称になっている。
【００４３】
この実施の形態においては、ガイド部材５２は鋳鉄により形成され、所定の厚みを有し、Ｚ軸方向における高さＨ（図６（ｂ）参照）はおよそ２２ｍｍに設定されている。また、ガイド部材５２の端面５２ａの曲率半径は、およそ２５０ｍｍに設定されている。
【００４４】
一方、アーム２０の後方側２０ｂが支持される後方部材１６には、アーム２０のＺ軸方向における高さ位置に対応させて、前面１６ａに開口部１６ｂが開口しており、開口部１６ｂ近傍の後方部材１６の内部１６ｃには、ＸＹ平面方向に一致している上面５４ａを有するプレート５４が配設されている。このプレート５４の上面５４ａには、開口部１６ｂより後方部材１６の内部１６ｃに位置するアーム２０の後方側２０ｄの突起部２０ｇが当接する。
【００４５】
さらに、後方部材１６の内部１６ｃには、回転軸５６ａにモーターギア５８が配設された首振り用のモーター５６と、モーターギア５８と噛み合うギア６０が同軸上に配設されたプーリー６２と、プーリー６２と対向するようにして配設されたプーリー６４と、プーリー６２とプーリー６４との間に張設されたワイヤー６６とが位置している。なお、ワイヤー６６としては、各種ワイヤーを用いることができ、表面にコーティングがなされているワイヤーなども使用できる。
【００４６】
ここで、ワイヤー６６はアーム２０の後方側２０ｄに配設されているガイド部材５２の端面５２ａの曲面に沿って交差し、一方の端部６６ａはガイド部材５２に固定的に配設され、他方の端部６６ｂはアーム２０の後方側２０ｂに取り付けられ固定的に配設されている。つまり、ワイヤー６６は、ガイド部材５２に固定的に配設される端部６６ａからプーリー６２に至り、プーリー６２からプーリー６４に至り、プーリー６４からガイド部材５２の端面５２ａの曲面に沿って交差してアーム２０の固定的に配設されている端部６６ｂに至るものである。
【００４７】
図５ならびに図６（ａ）（ｂ）（ｃ）には、ワイヤー６６の取り付け状態を模式的に示した説明図が示されており、ワイヤー６６の一方の端部６６ａは、ガイド部材５２の端面５２ａに沿って、左方端部５２ａＬ側から中央位置５２ａｃを通って右方端部５２ａＲ側に至り、取付部材６８によって係止部５２ｄの孔５２ｃに固定されている。一方、ワイヤー６６の他方の端部６６ｂは、ガイド部材５２の端面５２ａに沿って、右方端部５２ａＲ側から中央位置５２ａｃを通って左方端部５２ａＬ側に至り、取付部材６９によってアーム２０に固定されている。
【００４８】
この際、高さＨを有するガイド部材５２の端面５２ａにおいては、ワイヤー６６の端部６６ａに至る側が、端部６６ｂに至る側に比べて高い位置に位置するようにして、ワイヤー６６は交差している。
【００４９】
そして、首振り用のモーター５６の回転による回転軸５６ａの回転は、モーターギア５８とギア６０とを介してプーリー６２に伝達されてプーリー６２に回転運動を生ぜしめ、このプーリー６２の回転運動によるワイヤー６６の移動に伴って、ワイヤー６６の端部６６ａが固定されたガイド部材５２が配設されるているとともにワイヤー６６の端部６６ｂが固定的に配設されたアーム２０が、支軸１８を回転中心として回転する。
【００５０】
より詳細には、首振り用のモーター５６の回転軸５６ａが矢印Ｊ方向に回転した場合には、プーリー６２は矢印Ｋ方向に回転する。すると、アーム２０の後方側２０ｂに配設されたガイド部材５２にワイヤー６６の端部６６ａが固定されているので、プーリー６２とプーリー６４との回転に伴って移動するワイヤー６６によってアーム２０が矢印Ｌ方向に引っ張られ、アーム２０の前方側２０ａの支軸１８を回転中心として、アーム２０はＸＹ平面方向において反時計回り方向（図３ならびに図５に示す矢印Ｌ方向）に回転する。
【００５１】
一方、首振り用のモーター５６の回転軸５６ａが矢印Ｍ方向に回転した場合には、プーリー６２は矢印Ｎ方向に回転する。すると、アーム２０の後方側２０ｂにワイヤー６６の端部６６ｂが固定されているので、プーリー６２とプーリー６４との回転に伴って移動するワイヤー６６によってアーム２０が矢印Ｑ方向に引っ張られ、アーム２０の前方側２０ａの支軸１８を回転中心として、アーム２０はＸＹ平面方向において時計回り方向（図５ならびに図７に示す矢印Ｑ方向）に回転する。
【００５２】
なお、首振り用のモーター５６の駆動力によってワイヤー６６が移動して行われるアーム２０のＸＹ平面方向における回転（図５に示す矢印Ｌならびに矢印Ｑ参照）の速度は、カッター２２による被加工物２００の切削の進行速度に対応するように設定されている。
【００５３】
以上の構成において、図１乃至図７を参照しながら、上記した３次元切削加工装置１０の動作の説明を行うものとする。
【００５４】
まず、図１乃至図３に示す状態で、３次元切削加工装置１０のテーブル１４に被加工物２００を載置する。
【００５５】
なお、以下の説明においては、３次元切削加工装置１０のアーム２０のＸＹ平面方向における位置が、図１乃至図３に示す状態である場合を３次元切削加工装置１０の初期状態として説明することとする。
【００５６】
この初期状態における３次元切削加工装置１０のアーム２０は、ＸＹ平面方向においては、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において回転して（図７に示す矢印Ｑ参照）図３上で最も右方側に位置している。一方、Ｚ軸方向においては、アーム２０の延長方向がＺ軸方向における所定の高さ位置のＸＹ平面に一致して水平な状態（図２に示す状態）で位置している。
【００５７】
こうした初期状態において、３次元切削加工装置１０のテーブル１４に載置される被加工物２００は、３次元の空間的広がりをもつ物体であり、当該物体は所定の形状を有しているものとする。
【００５８】
なお、この実施の形態においては、略円板状体の被加工物２００がテーブル１４に載置されるものとして説明することとする。この際、テーブル１４の上面に取り付けられたバイス７０によって、被加工物２００を位置決めするようにしてもよい。また、当該被加工物２００の加工領域は、被加工物２００の上面２００ａの中心２００Ｐを中心とする円形形状の領域（図１、図３ならびに図４における破線領域参照）とする。
【００５９】
そして、作業者は、この被加工物２００の上面２００ａの加工領域の中心２００Ｐが、テーブル１４の中心部位１４Ｐに一致するようにして、被加工物２００の下面側をテーブル１４の上面１４ａに対向させて、テーブル１４の上面１４ａに被加工物２００を載置する。これにより、アーム２０がＸＹ平面において左方に移動した場合に、被加工物２００の加工領域の中心２００Ｐが、カッター２２の刃部２２ａに対向するようになる。
【００６０】
上記したようにして初期状態の３次元切削加工装置１０のテーブル１４に被加工物２００が載置されると、マイクロコンピューター１００により、切削データに基づいて、テーブル回転用のモーター３４、カッター昇降用のモーター４２、カッター回転用のモーター４８ならびに首振り用のモーター５６の駆動がそれぞれ制御される。
【００６１】
具体的には、アーム２０は、首振り用のモーター５６の駆動によって、初期状態（図１に示す状態）から、ＸＹ平面方向に一致する回転平面において図３上で右方側から左方側に向かって回転する（図３に示す矢印Ｌ参照）。
【００６２】
この際、テーブル回転用のモーター３４の駆動によって、被加工物２００が載置されたテーブル１４が支軸３０を回転中心として回転する（図４に示す矢印Ｇ参照）。
【００６３】
さらに、カッター回転用のモーター４８の駆動によって軸線周りに回転するカッター２２が、カッター昇降用のモーター４２の駆動によってＺ軸方向において上下移動する（図２に示す矢印Ｈならびに矢印Ｉ参照）。
【００６４】
これにより、カッター２２は対向する被加工物２００の円形形状の加工領域において、加工領域の外周側から中心２００Ｐに向かう渦巻き状の移動経路に従って３次元方向に移動することになる。
【００６５】
この際、モーター４８の駆動によって回転するカッター２２が、被加工物２００の加工領域に接すると、カッター２２の刃部２２ａによって被加工物２００が切削されて、被加工物２００の加工領域から切削データの示す３次元形状が削り出される。
【００６６】
そして、アーム２０のＸＹ平面方向に一致する回転平面における図３上で右方側から左方側に向かう回転（図３に示す矢印Ｌ参照）が進み、円形形状の加工領域の半径分に達すると、カッター２２の刃部２２ａは加工領域の中心２００Ｐと対向するようになる（図７に示す状態参照）。これにより、加工領域の全領域において切削が終了し、３次元切削加工装置１０における一連の切削作業が終了する。
【００６７】
なお、３次元切削加工装置１０における一連の切削作業が終了した後、カッター２２を上方方向へ移動し（図２における矢印Ｈ参照）、首振り用のモーター５６の駆動によって、アーム２０がＸＹ平面方向に一致する回転平面において図３上で左方側から右方側に向かって回転する（図７に示す矢印Ｑ参照）と、図７に示す状態から、図１乃至図３に示す初期状態に戻る。
【００６８】
こうして、アーム２０のＸＹ平面方向における回転（図３に示す矢印Ｌあるいは図７に示す矢印Ｑ参照）と、テーブル１４のＸＹ平面方向における回転（図４に示す矢印Ｆあるいは矢印Ｇ参照）とによって、カッター２２の刃部２２ａが対向する被加工物２００の位置がＸ軸方向ならびにＹ軸方向で変化する。
【００６９】
さらに、カッター昇降用のモーター４２の駆動力によって、カッター２２の刃部２２ａが被加工物２００に切り込む量、即ち、被加工物２００に対するカッター２２の刃部２２ａのＺ軸方向での位置が変化する（図２に示す矢印Ｈあるいは矢印Ｉ参照）。
【００７０】
つまり、３次元切削加工装置１０においては、マイクロコンピューター１００の制御によって、所定の分解能に応じてモーター３４，４２，４８，５６の駆動が制御され、Ｚ軸方向に移動可能なカッター２２に対して、テーブル１４に載置された被加工物２００はＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能であるので、カッター２２と被加工物２００との相対的な位置関係が３次元の方向で変化することになり、カッター２２による被加工物２００の３次元加工が行われる。
【００７１】
上記したようにして、本発明による３次元切削加工装置１０においては、アーム２０が支軸１８を回転中心としてＸＹ平面方向において回転するとともに、テーブル１４が支軸３０を回転中心としてＸＹ平面方向において回転し、Ｚ軸方向において昇降自在にカッター２２を配設したので、単純な構成で、被加工物２００とツールたるカッター２２との相対的な位置関係を３次元方向で変化させることができる。
【００７２】
従って、本発明による３次元切削加工装置１０によれば、上記した「従来の技術」の項において記載した従来の３次元切削加工装置に必須の３次元方向のそれぞれに延長された２本の平行な軸を配設する必要がなくなるので、部品点数を低減することができる。
【００７３】
このため、本発明による３次元切削加工装置１０においては、組み立て工程における煩雑さが軽減されるなどして組み立て効率が向上し、また、３次元切削加工装置１０全体を小型化して省スペース化を実現することができ、コストも低減することができる。
【００７４】
また、本発明による３次元切削加工装置１０においては、各種部品について高い部品精度を必要せず、また、組み付け誤差を少なくすることや、あるいは、クリアランスを適正にするためなどの各種の調整作業に、さほどの厳密さを要求されないので、製造工程における作業性や歩留まりを向上することができる。
【００７５】
さらに、本発明による３次元切削加工装置１０においては、単純な構成なので、例えば、支軸１８，３０の径を太くするなどして、剛性の確保を容易に行うことができるようになる。
【００７６】
さらに、本発明による３次元切削加工装置１０においては、切削データに従って、カッター２４が被加工物２００の加工領域を切削する際に、カッター２２は加工領域の外周側から中心２００Ｐに向かう渦巻き状の移動経路に従って３次元方向に移動するので、加工領域の全領域における切削を高品質でしかも短時間で完了することができる。
【００７７】
例えば、従来の３次元切削加工装置においては、ツールたるカッターが加工領域内を直線的に往復移動しながら切削したり、あるいは、粗削りと仕上げ削りとを行ったりしているので、ツールが加工領域の全領域を少なくとも２回走査することになる。
【００７８】
しかしながら、本発明による３次元切削加工装置によれば、粗削りと仕上げ削りとをわけて２回行う必要がないので、ツールが加工領域の全領域を２回走査することがなくなり、従来の切削時間に比べて非常に短い時間で切削を完了することができる。
【００７９】
しかも、本発明による３次元切削加工装置１０においては、アーム２０の後方側２０ｂにワイヤー６６を交差させて取り付け、円弧状の端面５２ａを有するガイド部材５２も配設するようにしたので、ワイヤー６６によるアーム２０の支軸１８を回転中心としたＸＹ平面方向における回転が、非常にスムーズかつ高精度に行われるようになり、カッター２２などのツールによる被加工物の加工をより一層高品質にすることができる。
【００８０】
例えば、図８（ｃ）（ｄ）に示すように、アームにガイド部材が配設されず、ワイヤーを交差させることなく、単にワイヤーの両端がガイド部材に固定されると、ＸＹ平面方向におけるアームの回転に伴って、フリートアングルが発生してしまい、ワイヤーが角度を有するので、アームがスムーズに回転することは困難になる。
【００８１】
これに対して、図８（ａ）（ｂ）に示すように、本発明による３次元切削加工装置１０においては、ワイヤーがガイド部材の円弧状の端面に沿って交差して、その両端がガイド部材に固定されるので、ＸＹ平面方向において回転するアームの位置に関係なく、ワイヤーは常に安定してアームの回転接線方向へ引き出されるようになる。こうして本発明によれば、フリートアングルの発生が抑止され、しかも、非常に大きな出力を要する回転軸上での回転となるような構成とも異なる構成なので、ワイヤー６６によるアーム２０の回転は非常にスムーズかつ高精度であり、短時間で効率よく高品質な加工を実現することができる。
【００８２】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に説明するように変形してもよい。
【００８３】
（１）上記した実施の形態においては、駆動手段としてモーターを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種駆動源を用いるようにしてもよく、また、駆動手段の駆動力する伝達手段として各種変更を行うようにしてもよい。
【００８４】
（２）上記した実施の形態においては、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにしてワイヤー６６を交差させて取り付けるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、高さＨを有するガイド部材５２の端面５２ａにおいては、ワイヤー６６の端部６６ｂに至る側が、端部６６ａに至る側に比べて高い位置に位置するようにしてワイヤー６６を交差させてもよいし、また、プーリー６２，６４との位置関係などに応じて、ワイヤー６６の端部６６ａ，６６ｂをアーム２０に取り付る場所やその固定方法を変更するようにしてもよい。
【００８５】
（３）上記した実施の形態においては、アーム２０の後方側２０ｂにガイド部材５２を配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、ガイド部材５２とアーム２０とを一体的に成形するようにして、アーム２０の後方側２０ｂにワイヤーが交差する端部を形成するようにしてもよい。さらに、ワイヤー６６が交差してガイドされるこの円弧状の端面は、その材質や曲率などの各種寸法を適宜変更してもよいことは勿論のことである。
【００８６】
（４）上記した実施の形態においては、本発明による加工装置を３次元切削加工装置として実施した場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、ツールの種類を変更するなどして各種加工装置として実施してもよい。例えば、カッター２２に代えてペンを配設して、被加工物に対して描画するようにしてもよいし、カッター２２に代えてインクジェットノズルを配設して、被加工物に対して印刷を行うようにしてもよいし、あるいは、カッター２２に代えて研磨ツールを配設して、被加工物を研磨するようにしてもよい。
【００８７】
（５）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、単純な構成で、被加工物とツールとの相対的な位置関係が３次元方向で変化するようになり、部品点数を低減することができ、各種の調整作業が少なく、しかも安価な加工装置を提供することができるという優れた効果を奏する。
【００８９】
また、本発明によれば、被加工物の加工を短時間で高精度に行うことができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による３次元切削加工装置の実施の形態の一例の概略構成説明図（斜視図）であり、初期状態の３次元切削加工装置を示す概略構成説明図（斜視図）である。
【図２】図１におけるＡ矢視図に対応する概略構成説明図（左側面図）である。
【図３】図１におけるＢ矢視図に対応する概略構成説明図（上面図）である。
【図４】図１のテーブルを中心に示した要部拡大概略構成説明図（斜視図）である。
【図５】ワイヤーの取り付け状態を模式的に示した説明図である。
【図６】ワイヤーの取り付け状態を模式的に示した説明図であり、（ａ）は図５におけるＣ矢視図に対応する説明図であり、（ｂ）は図５におけるＤ矢視図に対応する説明図であり、（ｃ）は図５におけるＥ矢視図に対応する説明図である。
【図７】図３に対応する概略構成説明図（上面図）であり、カッターの刃部が加工領域の中心と対向した状態の３次元切削加工装置を示す概略構成説明図（上面図）である。
【図８】（ａ）（ｂ）は本発明による３次元切削加工装置の動作を模式的に示した説明図であり、（ｃ）（ｄ）は従来の３次元切削加工装置の動作を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１０ ３次元切削加工装置
１２ ベース部材
１２ａ 上面
１２ｂ 後方側
１２ｃ 前方側
１２ｄ 下面
１２ｅ 内部
１４ テーブル
１４ａ 上面
１４Ｐ 中心部位
１６ 後方部材
１６ａ 前面
１６ｂ 開口部
１６ｃ 内部
１８ 支軸
１８ａ 上端部
２０ アーム
２０ａ 前方側
２０ｂ 後方側
２０ｃ 中央部位
２０ｄ 貫通孔
２０ｅ 上面
２０ｆ 下面
２０ｇ 突起部
２２ カッター
２２ａ 刃部
２３ カッターホルダー
２４ 主軸
２６ 回転軸
２８ プーリー
３０ 支軸
３０ａ 上端部
３２ ギア
３４ モーター
３４ａ 回転軸
３６ モーターギア
４０ キャリッジベース
４０ａ 上面
４０ｂ 側面
４２ モーター
４４ スクリュー
４６ キャリッジ
４８ モーター
５０ ベルト
５２ ガイド部材
５２ａ 端面
５２ａｃ 中央位置
５２ａＬ 左方端部
５２ａＲ 右方端部
５２ｂ 背面側
５２ｃ 孔
５２ｄ 係止部
５４ プレート
５４ａ 上面
５６ａ 回転軸
５８ モーターギア
５６ モーター
６０ ギア
６２，６４ プーリー
６６ ワイヤー
６６ａ，６６ｂ 端部
６８，６９ 取付部材
７０ バイス
１００ マイクロコンピューター
２００ 被加工物
２００ａ 上面
２００Ｐ 中心

Claims (2)

1. 所定のデータに基づいて被加工物を加工する加工装置において、
   固定系のベース部材と、
   前記ベース部材上に中心部位を回転中心としてＸＹＺ直交座標系のＸＹ平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設されるとともに、上面に被加工物を載置可能なテーブルと、
   一方の端部側を回転中心としてＸＹ平面方向に一致する回転平面で回転自在に配設された回転部材と、
   駆動装置の駆動力により回転される第１のプーリーと、
   前記第１のプーリーと対向して配設された第２のプーリーと、
   両端がいずれも前記回転部材に固定的に配設され、前記回転部材に固定的に配設される一方の端部から前記第１のプーリーに至り、前記第１のプーリーから前記第２のプーリーに至り、前記第２のプーリーから前記回転部材の他方の端部側において交差して前記回転部材に固定的に配設される他方の端部に至るワイヤーと、
   前記回転部材にＺ軸方向に沿って移動自在に配設され、前記回転部材のＸＹ平面方向に一致する回転平面での回転に伴って前記テーブルの前記中心部位と対向可能なように先端部を位置させたツールと
   を有する加工装置。
2. 請求項１に記載の加工装置において、
   前記ワイヤーが交差する前記回転部材の他方の端部側は、所定の曲率の曲面により形成された端面を有し、該端面の曲面に沿って前記ワイヤーが交差する
   ものである加工装置。

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